Kraftstoffe Schmieren und Schmiermittel [17. Aufl., Reprint 2020] 9783112323120, 9783112323113

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Kraftstoffe Schmieren und Schmiermittel von

Wa. Ostwald und H. "Waldmann

Sonderdruck aus

Bussien, Automobilteclmisclies Handbuch 17. Auflage Herausgegeben von Richard Bussien

19S3

Technischer Verlag Herbert Cram • Berlin W 3 5

Kraftstoffe Wa. O s t w a l d , Heppenheim a. d. B. und H . W a l d m a n n , Dipl.-Ing., Bochum 1 )

1. Wesen der Kraftstoffe und der motorischen Verbrennung Ein in bezug auf die Erdoberfläche bewegtes Ding unterscheidet sich von einem relativ ruhenden dadurch, daß es W u c h t enthält und bei Steigungen oder Gefällen seinen Inhalt an E n e r g i e d e r L a g e verändert. U m Bewegung zu erzeugen, muß eine K r a f t über einen W e g , also eine E n e r g i e aufgewendet werden, welche sich als W u c h t (mv2ß) quadratisch mit dem Tempo steigert, während die E n e r g i e d e r L a g e sich nur verhältig mit der Höhenveränderung (m X Ah) abwandelt. Diese beiden Energiebeträge sind r e v e r s i b e l und könnten also wiedergewonnen werden, während sie tatsächlich meist durch Bremsen zu Abwärme vernichtet werden. Aller sonstiger tatsächlicher Energieaufwand geht irreversibel als Reibungs- oder andere Abwärme verloren. Fahrzeuge, wie der Obus oder Gyrobus, laufen mit s t o f f l o s e r Energie. Wenn K r a f t s t o f f e aus Energie u n d Stoff zusammengesetzt sind, dann

etwa etwa etwa etwa etwa etwa

30 % 30 % 10 % 5% 10 % 15% 100% (Aus d e m

Bild 1. D e r W e g der Kraftstoffkalorien Auspuffwärme Kühlwasserwärme sonstige M o t o r a b w ä r m e W ä r m e b i l d u n g der K r a f t ü b e r t r a g u n g ü b e r R ä d e r u n d R e i f e n an die F a h r b a h n Luftwiderstand, E r w ä r m u n g der L u f t B V - F i l m : „ W ä r m e , Kraftquell des M o t o r s " . )

*) W i e von je u n t e r g ü t i g e r M i t h i l f e zahlreicher F a c h g e n o s s e n ; dieses Mal besonders von D r . Theodor H a m m e r i c h , Otto P u r p u s , Harald Schulze, D r . Rudolf W e l l e r u n d D r . Rossenbeck.

103

c

Kohlenstoff

Hasserstoff

Kohlenstoff (

Atomprozente)

Wasserstoff

Bild 2. D a s R e d o x s y s t e m d e r l e b e n d e n N a t u r M o t o r , T i e r u n d M e n s c h l e b e n o x y d i e r e n d v o n d e r d u r c h die P f l a n z e r e d u z i e r e n d gebundenen Sonnenenergie

Wege zu Kraftstoff-Rohenergien und Kraftstoff-Rohstoffen I

| Sonnenstrahlung"]

Pflanze 1 Körper u Früchte | Alkohol Lahres Ernte

^Futter—Tier ^Nahrung

Dohrzehnte

Oahr-

Ü2Ü

läiL

^

Oahrtausenae Jahr.

Gezeiten

i

m

.Steinkohle

Honen ^Anthrazit

Flutkraftwerke?? Dampfmaschinen ? H | Atomare Energie""] Kernspaltung j 7 77

Maise-EnergietE'«^ 1,1« « " » V E " ? I ? ? 7

Bild 3. Ü b e r s i c h t ü b e r die e n e r g e t i s c h e n M ö g l i c h k e i t e n des M e n s c h e n

deshalb, weil freie Energien sich schlecht lagern und sonst hantieren lassen. Der S t o f f hat nur die Aufgabe, bequemer E n e r g i e t r ä g e r zu sein. I m K r a f t s t o f f findet sich die Energie als chemische Energie, meist als Verbrennungs wärme. Die Energie der Kraftstoffe stammt letzten Endes von der Sonne her, — meist direkt oder indirekt von der r e d u z i e r e n d e n Tätigkeit der P f l a n z e , welche aus dem kleinen Kohlensäuregehalt der Luft (0,035% C0 2 ) die 50% Kohlenstoff ihrer Trockensubstanz mit Hilfe des Chlorophylls und der 104

Sonnenstrahlung, sowie des Wassers, sammelt. Der Motor — ebenso Mensch und Tier — sind umgekehrt oxydierend, also das Gegenteil der Pflanzen, von deren Energie sie leben. Energieträger in den Kraftstoffen pflegen K o h l e n s t o f f und W a s s e r s t o f f zu sein. Andere wärmespendende Reaktionen könnten auch in Betracht kommen, — haben sich aber bisher nicht eingeführt. Aus den von der Pflanze herrührenden Energierohstoffen, wie Erdöl, Kohle usw., werden die Gebrauchskraftstoffe hergestellt. Wesentlich f ü r die Gebrauchskraftstoffe ist das Verhältnis Wasserstoff zu Kohlenstoff (H/C), die Molekülgröße (Flüchtigkeit und Zersetzlichkeit) und der Molekülcharakter (aromatisch, aliphatisch). In unseren Verbrennungsmotoren werden die Kraftstoffe mit Luft über den beweglichen Kolben zur Verbrennung gebracht, wobei hochtemperiertes Brenngas von hohem Druck entsteht, dessen Moleküle den Kolben betrommeln und ihn so arbeitsleistend sich bewegen lassen. Für die rasche Verbrennung in Ottomotor benötigt man k l e i n e u n d c h e m i s c h f e s t e Kraftstoffmoleküle, welche „genau nach der Vorschrift" abbrennen, — k l o p f f e s t e , l e i c h t f l ü c h t i g e Kraftstoffe. Für die S e l b s t z ü n d u n g und folge weise Verbrennung im Dieselmotor benötigt man z ü n d w i l l i g e K r a f t s t o f f e , w e l c h e g r o ß e u n d l a b i l e M o l e k ü l e haben. Die Verbrennung erfolgt in beiden Fällen zu Kohlensäure und Wasserdampf. Unter „Verbrennungsmotoren" versteht man nur solche mit I n n e n heizung, wie ja die Verbrennungsmotoren ursprünglich ihr Entstehen überhaupt der Absicht verdanken, „Dampfmaschinen mit Innenheizung" zu schaffen. Zum Zünden, welches im Ottomotor durch den Zündfunken, beim Dieselmotor durch Selbstzündung erfolgt, müssen bestimmte Bedingungen (Zündbereich, Selbstzündungstemperatur usw.) erfüllt sein, welche durch die Eigenart des Kraftstoffs bestimmt werden. Das Verbrennen kann in e i n , zwei o d e r d r e i D i m e n s i o n e n sowie homogen erfolgen. Eindimensionale Verbrennung (z. B. in Rohren) steigert sich einleuchtenderweise am leichtesten von der nach Metern je Sekunde zu bemessenden üblichen Flammenwandergeschwindigkeit bis zur nach K i l o m e t e r n je S e k u n d e ablaufenden Detonationsgeschwindigkeit bzw. der homogenen Detonation. Im Motor beobachtet man Verbrennungsgeschwindigkeiten von ~ 20 m/sec. Logisch kann man Kraftstoffe nur nach folgenden drei Möglichkeiten mit Luft verbrennen: 1. a + b = Gemischverbrennung, Ottomotor, 2. a in & = Kraftstoffeinspritzung in Luftüberschuß, Dieselmotor, 3. 6 in a = Lufteinblasung in Kraftstoffdampfüberschuß, Glühkopfmotor. Das ist in Übereinstimmung mit der Dreifaltigkeit der in Wirklichkeit vorhandenen Verbrennungsmotoren gemäß nachstehender Tabelle. Der Unterschied der drei Grenzfälle und insbesondere der Großzahl von z w i s c h e n diesen Grenzfällen liegenden Motorbauarten und Verbrennungsweisen liegt in 1. Gemischbildung und Regelung des Verbrennungsablaufs durch s i n n volle Z e r k l ü f t u n g , 2. Verbesserung der Spülung und Erhöhung des Füllungsgewichtes durch a k u s t i s c h e H a r m o n i e zwischen Saugsystem, Brennraum und Auspuffsystem, 3. Verbesserung des Energieumsatzes, erhöhte Wirtschaftlichkeit und Leistung — durch E r h ö h u n g d e r V e r d i c h t u n g (Ottomotor, Aufladung und ähnliche Mittel bei allen Motoren). 105

System der Motoren Die drei G r u n d a r t e n der motorischen

Verbrennung

Ottomotor

Dieselmotor

Glühkopfmotor

Übliche Verdichtungsverhältnisse

3 bis 13

12 bis 20

5 bis 10

Verdichtungssteigerung bringt

Klopfen

weicheren Gang

Temperatursteigerung bringt

Klopfen

weicheren Gang

Klopfen

Überlast b r i n g t

Klopfen

weichen Gang 1 )

Klopfen

Leerlauf b r i n g t

weichen Gang

Klopfen

weichen Gang

Klopfen t r i t t ein a m

E n d e der Verbrennung

A n f a n g der Verbrennung

A n f a n g der Verbrennung? u n d Ende?

Unvollständige Verb r e n n u n g f ü h r t zu

Kohlenoxyd

Ruß

Qualm

Das R e d o x v e r h ä l t n i s i m B r e n n r a u m ist bei Vollast

etwa neutral u n d bleibt unverändert

stark oxydierend, wird im Laufe der V e r b r e n n u n g w e n i g e r stark oxydierend (auch bei Überlast Sauerstoffüberschuß)

stark r e d u z i e r e n d , wird im Laufe der Verbrennung oxydierend (auch bei Überlast Sauer stoffüberschuß)

Bei Teilleistungen u n d Leerlauf

Redoxverhältnis unverändert annähernd neutral

stark oxydierend 2 )

oxydierend

Zündung

örtlich an e i n e r oder m e h r e r e n Stellen (durch F u n k e n oder Glühstelle)

ausgehend vom Kraftstoffmantel des Strahles n a c h Überwindung des Z ü n d verzugs

i m Glühkopf durch Z u s a m m e n t r e f f e n von L u f t m i t KraftstoffK r a c k p r o d u k t e n bei genügend hoher Temper a t u r (wie weit a n einer Stelle der h e i ß e n W a n d u n d w i e weit i n der Gasphase, ist nicht erforscht). Z w e i A r t e n von G l ü h k o p f : H o h e u . niedere T e m p e r a t u r ( D a m p f - u n d Flüssigphase)

Theoretischer Verbrennungslauf

wandernde Flammenfront

Erfassen der L u f t l a d u n g durch den Strahl von K r a f t stoff tr'.pfchen

E i n w i r b e i n von L u f t in Kraftstoffdampf u n d Kraftstoffnebei

I m Grenzfall angestrebter Verbrennungsablauf

zeitlose Gleichraumverbrennung

Gleichdruckverbrennung n a c h d e m Einspr.Düsengesetz

theoret. u n b e k a n n t : praktisch ottoähnlich

Verbrennungsprodukte

farblos, g e r i n g e r G e r u c h , o f t CO, kein R u ß

N e i g u n g zur R u ß bildung, starker Geruch, kein CO

N e i g u n g zu Q u a l m , starker G e r u c h , CO-Bildung

Besondere E i g n u n g

hohe Hubraumleistung, kleines Leistungsgewicht

niedriger Verbrauch, geringe F e u e r gefährlichkeit

Kraftstoffgleichgültigkeit, U n e m p f i n dlichkeit

Klopfen

*) Das u m g e k e h r t e V e r h a l t e n des MAN-Diesels zeigt, daß bei diesem die anteilige O t t o v e r b r e n n u n g i n d e r Kolbenhöhle f ü r den Klopfvorgang b e s t i m m e n d w i r d . a ) Bei d e m p n e u m a t i s c h e n Bosch-Mercedes-Regler ist w e g e n D r o s s e l u n g der L u f t bei Teilleistung u n d Leerlauf der L u f t ü b e r s c h u ß kleiner u n d g l e i c h m ä ß i g e r .

106

Unsere Verbrennungskraftmaschinen sind Wärmekraftmaschinen und unterliegen deshalb nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik dem t h e r m o d y n a m i s c h e n Zwangsverlust T J T 1 ) . Isotherme Maschinen, zu denen überraschenderweise auch der menschliche und tierische Organismus gehören, unterliegen n i c h t diesem Zwangsverlust und können infolgedessen den Wirkungsgrad 1 anstreben. Entstehen der

Verbrennungsmotoren

Flugkolbenmotor Schiesspulvermotor (ihr. Huygens 1674) Zweitokt

Kurbelmotor Dampfmaschine (J. Won 1800) Zweitokf Kurbelvertorennunqsmotor ohne Verdichtung (Lenoir 1860J Z w e i t e k» • V e r s u c h der V e r d i c h t u n g s c h l a g t fehl, ober Erkenntnis ihrer B e d e u t u n g (N A Otto 1861) Zweitokt

flugkolbenmotor (mLruchtaoslohne Verdichtung (N A. Otto u. £ Langen 1861) Bändigung der Verdichtung Zweitokt im Viertokt*> Hochdruckmotor (Leuchtgas) fW A.Otto 1876)

Zweitaktmotoren mit Verdichtuno (amerik. Feuertopfmotor"> Schnelldrehender ViertaktKurbelgehauselader u s w) Benzinmotor ( 6. Daimler u W Maybach 1896)

Freiflugkolbenmotor bezw Kompressor als Zweitokt- Otio- u. Dieselm o t o r (H. Junkers 1929)

Hochverdichtunq Selbstzündung Viertokt- Dieselmotor iff Diesel 1897)

Zweitokt- Diese*

a>

Der Viertokt wurde vor N A Otto o) theoretisch zutreffend von Stau de Rochas m Strossburg in einer outographierten, aber damals unbekannt gebliebenen Schrift beschrieben und ti)olJ nicht-öffentliche Bastelei wahrscheinlich vom Hofuhrenmachermeuter Rtithmann in München in einem kleinen Motor verwirklicht "J.Heissluflmotor mit Innenheizung'

Üild 4. Übersicht über die Entwicklung der Verbrennungsmotoren

Außer den drei Grenzfällen Ottomotor (dessen Gemischbildung neuerdings vorteilhaft auch durch Einspritzen erfolgt), Dieselmotor und Glühkopfmotor gibt es noch eine Reihe interessantester anderer Motoren, von denen die Einspritzmotoren mit Fremdzündung von H e s s e l m a n und B a r b e r - T e x a c o („Mitteldruckmotoren 4 ') bei etwa 7—lOfacher Verdichtung genannt seien, welche auf Siedelage, Klopffestigkeit und Zündwilligkeit unempfindlich sind. Zu erwähnen ist ferner der gemischverdichtende Selbstzünder, den D a i m l e r in seinem Glühröhrchen-Patent theoretisch angegeben und den T a e g e n bei L o h m a n n in seinem 18-ccmFahrrad-Hilfsmotor erstmalig praktisch verwirklicht hat. Interessant sind *) Dieser ist, wie ein Vergleich etwa mit der Energie der Lage zeigt, welche man sowohl auf die Erdoberfläche, wie auf den Gravitationsmittelpunkt beziehen kann, eine Sache des Ansatzes.

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die Versuche von Prof. T e r r e s mit einem Sechstaktmotor mit doppelter Verbrennung, wobei man das Prinzip sowohl so verwirklichen kann, daß die volle Kraftstoffmenge in zwei Stufen folgeweise mit Luftnachladung verbrennt — oder umgekehrt zuerst die volle Luftladung angesaugt und der Kraftstoff in zwei Etappen zugeführt wird. Besonders wichtig dürfte weiter das S c h m i d t r o h r ( F j ) mit seiner ganz neuartigen motorischen Verbrennung sein. Erwähnt sei endlich auch die Gasturbine, welche auch das Differenzgeschäft aller Verbrennungsmotoren1) ohne Kolben ausführt. T e m p o und W u c h t je Tonne B r u t t o g e w i c h t von

Tempo in km je Stunde

10 20 30 40 50 60

Wucht in Metertonnen (1 Metertonne = 1/270 PSh ~ 1 g Kraftstoff) 0,39 1,57 3,53 6,25 9,8 14,1

T e m p o in km je Stunde

70 80 90 100 110 120

Fahrzeugen Wucht in Metertonnen (1 Metertonne = 1/270 PSh ~ 1 g Kraftstoff) 19,2 25,1 31,8 39,3 43,2 56

2. Rohenergien und Rohstoffe für Kraftstoffe und Herstellungsverfahren der Kraftstoffe Freie Rohenergien für Kraftstoffe, wie Erdwärme, Elektrizität, hochtemperierte künstliche Wärme usw., dienen mit Ausnahme des Sonnenlichtes, welches über die Pflanze die eigentliche Energiequelle fast aller unserer Kraftstoffe ist, verhältnismäßig wenig zur Herstellung unserer Gebrauchskraftstoffe. Allerdings ist es auch schon längst nicht mehr so, daß von der Natur dargebotene verbrennliche Dinge, wie etwa das Erdöl, so ohne weiteres als Kraftstoff verwendet werden, wie das beim rohen Erdöl im amerikanischen Feuertopfmotor vor ziemlich 100 Jahren möglich und üblich gewesen ist. Das ist ähnlich, wie man Feuerungen auch nicht mehr mit Rohkohle zu betreiben pflegt, sondern Braunkohle zu Briketts veredelt, Dampfheizungen mit Koks und industrielle Feuerungen vielleicht mit Gas betreibt. Unsere Kraftstoffe sind heute in der Regel Erzeugnisse nicht nur eines H e r a u s l ö s e n s bestimmter Anteile eines natürlich vorkommenden Rohstoffs und Reinigung desselben von unerwünschten Bestandteilen — wie etwa das „straight distillate Benzin" aus Erdöl, sondern Erzeugnisse eines Zusammenwirkens der verschiedensten Verfahren, Rohstoffe und Energien, — von W a n d l u n g e n . Entsprechend bilden die heutigen Kraftstoffe sozusagen Punkte in einem ganzen Netz von Rohstoffen, Rohenergien und Arbeitsverfahren. Es sei versucht, die R o h s t o f f e und die in diesem Netz,die Rohstoffe zu Kraftstoffen zusammenführenden A r b e i t s v e r f a h r e n kurz zu schildern.

I. Kraftstoff-Rohstoffe 1. Pflanzenstoffe Fast unser ganzes Kraftstoffwesen beruht, wie wiederholt erwähnt, auf der reduzierenden Tätigkeit der Pflanzen. Torf, Braunkohle, Steinkohle und Erdöl sind ja auch nichts anderes als „gewesene Pflanzen". Gegenwärtige Pflanzenernten werden für Kraftstoffe verhältnismäßig wenig verwendet. 1 ) „Expandieren bringt als Folge der motorischen Verbrennung mehr ein, als Komprimieren kostet."

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die Versuche von Prof. T e r r e s mit einem Sechstaktmotor mit doppelter Verbrennung, wobei man das Prinzip sowohl so verwirklichen kann, daß die volle Kraftstoffmenge in zwei Stufen folgeweise mit Luftnachladung verbrennt — oder umgekehrt zuerst die volle Luftladung angesaugt und der Kraftstoff in zwei Etappen zugeführt wird. Besonders wichtig dürfte weiter das S c h m i d t r o h r ( F j ) mit seiner ganz neuartigen motorischen Verbrennung sein. Erwähnt sei endlich auch die Gasturbine, welche auch das Differenzgeschäft aller Verbrennungsmotoren1) ohne Kolben ausführt. T e m p o und W u c h t je Tonne B r u t t o g e w i c h t von

Tempo in km je Stunde

10 20 30 40 50 60

Wucht in Metertonnen (1 Metertonne = 1/270 PSh ~ 1 g Kraftstoff) 0,39 1,57 3,53 6,25 9,8 14,1

T e m p o in km je Stunde

70 80 90 100 110 120

Fahrzeugen Wucht in Metertonnen (1 Metertonne = 1/270 PSh ~ 1 g Kraftstoff) 19,2 25,1 31,8 39,3 43,2 56

2. Rohenergien und Rohstoffe für Kraftstoffe und Herstellungsverfahren der Kraftstoffe Freie Rohenergien für Kraftstoffe, wie Erdwärme, Elektrizität, hochtemperierte künstliche Wärme usw., dienen mit Ausnahme des Sonnenlichtes, welches über die Pflanze die eigentliche Energiequelle fast aller unserer Kraftstoffe ist, verhältnismäßig wenig zur Herstellung unserer Gebrauchskraftstoffe. Allerdings ist es auch schon längst nicht mehr so, daß von der Natur dargebotene verbrennliche Dinge, wie etwa das Erdöl, so ohne weiteres als Kraftstoff verwendet werden, wie das beim rohen Erdöl im amerikanischen Feuertopfmotor vor ziemlich 100 Jahren möglich und üblich gewesen ist. Das ist ähnlich, wie man Feuerungen auch nicht mehr mit Rohkohle zu betreiben pflegt, sondern Braunkohle zu Briketts veredelt, Dampfheizungen mit Koks und industrielle Feuerungen vielleicht mit Gas betreibt. Unsere Kraftstoffe sind heute in der Regel Erzeugnisse nicht nur eines H e r a u s l ö s e n s bestimmter Anteile eines natürlich vorkommenden Rohstoffs und Reinigung desselben von unerwünschten Bestandteilen — wie etwa das „straight distillate Benzin" aus Erdöl, sondern Erzeugnisse eines Zusammenwirkens der verschiedensten Verfahren, Rohstoffe und Energien, — von W a n d l u n g e n . Entsprechend bilden die heutigen Kraftstoffe sozusagen Punkte in einem ganzen Netz von Rohstoffen, Rohenergien und Arbeitsverfahren. Es sei versucht, die R o h s t o f f e und die in diesem Netz,die Rohstoffe zu Kraftstoffen zusammenführenden A r b e i t s v e r f a h r e n kurz zu schildern.

I. Kraftstoff-Rohstoffe 1. Pflanzenstoffe Fast unser ganzes Kraftstoffwesen beruht, wie wiederholt erwähnt, auf der reduzierenden Tätigkeit der Pflanzen. Torf, Braunkohle, Steinkohle und Erdöl sind ja auch nichts anderes als „gewesene Pflanzen". Gegenwärtige Pflanzenernten werden für Kraftstoffe verhältnismäßig wenig verwendet. 1 ) „Expandieren bringt als Folge der motorischen Verbrennung mehr ein, als Komprimieren kostet."

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Hauptbeispiel dafür ist die Umwandlung pflanzlicher Stoffe durch V e r gärung in Spiritus bzw. Alkohol. In der deutschen Landwirtschaft werden Abfälle und Überschüsse der Kartoffelernten in landwirtschaftlichen „Brennereien" in großem Umfange (etwa 3000001 im Jahr) zu Spiritus „verbrannt" 1 ), wobei die anfallende Schlempe als Viehfutter das volkswirtschaftlich wichtigere, der Alkohol hingegen dank einer sehr hohen Monopolbesteuerung das geldlich einträglichere Erzeugnis ist. Ohne den Schlempevorteil werden auch Zuckerfabrikabwässer, durch Säureaufschluß von Holzabfällen hergestellte Holzzuckerlösungen, Sulfitablauge der Papierindustrie usw. auf Alkohol verbrannt •—• in tropischen Gegenden auch Abfälle der Zuckerrohrverarbeitung und andere pflanzliche Stoffe und Abfälle.

e 1 I i « s

Zellulose Hol? • vermodert Specktorf Lignin

6 7

lign. Braunkohle Glambraunkohte

8 9 10 n r?"

Flatnmkohle Gaskohle Kokskohle Magerkohle Unthratit

Bild 1. M i t Ausnahme des .Erdöls lassen sich die wesentlichen Rohstoffe f ü r Kraftstoffe als Produkte der Zellulose bzw. des Holzes verstehen

Die Vergärung erfolgt durch zwischen Pflanze und Tier stehende kleine Lebewesen (Hefen) bei sehr hoher Verdünnung. Der schwierigste Teil der Brennereiindustrie ist also das Herausdestillieren der kleinen Spiritusmengen aus den großen Maischemengen — in anderen Worten die Wärmewirtschaft. Das besonders Reizvolle an diesem „biologischen" Verfahren ist das kostenlose Arbeiten der Lebewesen, — das besonders Schwierige die geringe Reaktionsgeschwindigkeit und eben das Arbeiten in sehr niedrigen Konzentrationen. Außer Alkohol kann man durch Gärung z. B. auch Buttersäure gewinnen, welche man nach F r a n z F i s c h e r durch Elektrolyse in Hexan (also Leichtbenzin) oder durch Cracken in ein sehr klopffestes benzinähnliches Keton verwandeln kann 2 ). Synthetische Herstellung von Alkohol z. B. mit im Elektroofen aus Kalk und Koks hergestelltem Karbid als Grundstoff ist möglich und sehr viel vorteilhafter, so daß die biologische Alkoholgewinnung wohl nur Bedeutung erhalten sollte, wo entweder in Gestalt von Schlempe ein zusätzlicher wertvoller Anteil entsteht oder es sich, wie bei der Alkoholgewinnung aus Holzabfällen, Sulfitablauge usw., um die Beseitigung von Abfallstoffen handelt3). Die Stärke der Kartoffeln, Maiskörner usw. wird durch Malz (Diastase) oder Schwefelsäure in der W ä r m e zu Dextrose verzuckert und dann kalt (23° C) mit H e f e vergoren, wobei Kohlensäuregas weggeht und Alkohol in der Maische entsteht und bis zum Abdestillieren bleibt. ' ) Bislang technisch nicht genutzt. •) Über Alkoholgewinnung aus Äthylen ( K o k s o f e n g a s ) . Vgl. S. 152.

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Spiritus h a t die Besonderheit, sich ohne weiteres durch Destillationen v o n Wasser bis auf etwa 95% Gehalt (Primasprit) trennen zu lassen. Solcher wasserhaltiger Spiritus ist nicht in allen Verhältnissen mit Benzin mischbar, neigt außerdem zu Korrosion von Metall. Statt nun durch Lösungsvermittler (Benzol, Isobutylalkohol, Schwefeläther usw.) Umwege zu gehen 1 ), entwässert m a n den Alkohol auf 99 und mehr v. H., wodurch er in allen Verhältnissen mischbar wird. Die Entwässerung („Hochstärkung") erfolgt in besonderen Fabriken unter Zuhilfenahme von gebranntem Kalk, Gips oder durch das seltsame Verfahren der sogen, azeotropischen Gemische. Wenn wasserhaltiger Sprit mit passenden Mengen Benzin, Benzol, Chlorkohlenstoffverbindungen usw. gemischt und mit oder ohne Druck destilliert wird, dann bleibt interessanterweise der hochgestärkte „ a b s o l u t e " Alkohol in der Blase zurück, während das Wasser zusammen mit den Zusatzstoffen und einem kleinen Teil des Alkohols sjch bei n i e d r i g e r e n Siedetemperaturen als der des wasserfreien Alkohols (73,5° ( C) entfernt. Wo, wie in Südamerika und Südafrika, Spiritus und nicht Alkohol als Kraftstoffzusatz benutzt wird, braucht m a n Lösungsvermittler. 85%igen Brennereirohsprit kann m a n in landwirtschaftlichen LanzBulldogs bei kleinen Veränderungen der Einrichtung sehr gut verarbeiten, wie durch praktische Prüfungen auf Brennereigütern nachgewiesen werden konnte. Obwohl eine solche Betriebsweise volkswirtschaftlich sehr einleuchtet, iist sie wegen der Schwierigkeiten des Branntweinmonopols praktisch nicht durchzuführen. I n Deutschland gab es jahrelang den Spiritusbeimischungszwang, welcher finanziell die Kraftverkehrswirtschaft zugunsten der Landwirtschaft belastete. Eine ähnliche Einrichtung ist im Kriege in der Schweiz entstanden, wo allerdings nicht landwirtschaftlicher Spiritus, wohl aber ein spiritusähnliches Erzeugnis der chemischen Industrie (Lonza-Werke), der Paraldehyd, dem Benzin zwangsweise zugesetzt wird („Emser Wasser"), u m f ü r den Kriegsfall die betreffenden Anlagen finanziert sein zu lassen. Manche Pflanzen liefern beim Auspressen ihrer Früchte verbrennliche ö l e , so Rizinusöl, Eukalyptusöl usw. I n tropischen Gegenden kann es interessant sein, solche ö l e als Kraftstoffe zu verbrennen. Das ist aber ähnlich schwierig wie das motorische Verbrennen tierischer Fette u n d gelingt eigentlich nur in den unempfindlichen Glühkopfmotoren. ^ Unmittelbar aus Pflanzenstoff, nämlich aus H o l z 2 ) , werden durch das Verfahren des Verkohlens Kraftstoffe, nämlich Holzgeist (Methylalkohol, Methanol), Azeton, verbrennliche Holzteeröle und Holzkohle 3 ) gewonnen. Das Holzverkohlen in Meilern ist ein aussterbendes Gewerbe. Zur Herstellung von Holzkohle f ü r den Sauggasbetrieb von Kraftfahrzeugen werden in Notzeiten außer den üblichen Waldmeilern gemauerte und (auch transportable) eiserne Meiler angewendet (so in Deutschland im zweiten Weltkrieg). Sachgemäß ist natürlich nur das neuzeitliche industrielle Verfahren der Holzverkokung in Retorten durch äußere Hitze — Meiler arbeiten mit anteiliger Selbstverbrennung —, bei welchem die Erzeugnisse vollständig und in zuverlässiger Beschaffenheit gewonnen werden. Praktische Bedeutung h a t eigentlich nur die Holzkohle als besonders bequemer Sauggas-Festkraftstoff. Holzgeist, d. h. Methanol, wird durch Hochdruckhydrierung von Kohlenoxyd nach einem Leuna-Verfahren der B.A.S.F. sehr viel besser und billiger im Großen hergestellt 4 ). Als Kraftstoff h a t Methanol aber nur f ü r Rennmotoren, als Kraftstoffbestandteil nur f ü r Notzeiten bzw. als Klopfbremse Bedeutung. W i e man es nach dem 1. Weltkriege tun mußte. *) Baumharz/das abdestillierte Terpentinöl und der Rückstand Kolophonium sind motorisch unbrauchbar, obwohl Kolophoniumstaub beim Einblasen in F l a m m e n ähnliche Blitzverpuffungen liefert wie Bärlappsamen (Lycopodium). 8 ) Auch Holzessig usw. 4 ) Holzteer ist motorisch ohne Bedeutung.

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Holz selbst wird in Notzeiten ja auch zum Kraftfahrzeugbetrieb mit Sauggas als Kraftstoff benutzt. Die Firma I m b e r t hatte die Holzvergasung hoch entwickelt. Holz ist an sich ein sauberer Kraftstoff (schwefelfrei, Asche unter 1% als verhältnismäßig friedfertige Pottasche [Kaliumkarbonat]). Trotzdem ist der Sauggasbetrieb weder mit Holz, noch mit Holzkohle, noch übrigens auch mit Torfkoks, Braunkohlenschwelkoks oder Anthrazit in Deutschland heute vernünftig 1 ). Wenn es nicht gelingt, die Gasreinigung wesentlich zu verbessern (Kraftwäsche ?, — aber das Geheimnis der Kieselsäureabscheidungen), die Ansprechzeiten der Generatoren zu verringern (Krümelvergaser nach dem Prinzip von W i n k l e r bei I m b e r t mit Erfolg versucht) und (z. B. durch Aufladung) f ü r volle Leistung, im übrigen auch f ü r normale Motorlebensdauer zu sorgen, ist f ü r die Zukunft des Sauggasbetriebes in der Kraftfahrt wenig Hoffnung 2 ). Bei der Holzvergasung (übrigens auch bei der Holzverkohlung und bei der Torfschwelung) sind interessante Verhältnisse zu beobachten: Es ist klar, daß kaltes Holz zum Heißwerden Wärme verbraucht, und daß genügend heißes Holz bei Luftzufuhr brennt, also Wärme abgibt. Zwischen diesen beiden Zuständen findet sich beim Erhitzen des Holzes ein Weggehen von Wasserdampf, Essigsäure usw., das natürlich auch Wärme kostet, aber von etwa 350° C an ein weiteres Weggehen von Dämpfen unter gleichzeitig selbsttätiger weiterer Erhitzung des Holzes, also bereits kräftiger W ä r m e a b g a b e noch längst vor Auftreten von Flammen und auch in Abwesenheit von Luft. Die Köhler müssen bei ihren Meilern diese interessanten Umstände sorgfältig berücksichtigen. Ganz allgemein werden pflanzliche Abfallstoffe möglicherweise künftig einmal durch das Terres-Verfahren 8 ) auf Kraftstoffe verarbeitet werden können. 2. Tori Es gibt sehr viel Torf in der Welt. Etwa 4% der deutschen Bodenfläche sind Torfmoore, welche 10000 Millionen t Torf (auf 25% Feuchtigkeit berechnet) enthalten mögen und von denen jährlich kaum eine halbe Million t gefördert und genutzt werden dürften. Den Weltvorrat schätzt man auf 11800 Milliarden t, und die Weltförderung auf 18 Millionen t. Es wäre von größter Bedeutung, wenn man die in den Torfmooren ruhenden sehr großen Vorräte von Sonnenenergie 4 ) als Kraftstoff nutzbar machen könnte. Darum bemüht sich die Menschheit seit langer Zeit. Die Schwierigkeit dabei liegt darin, daß der Torf so außerordentlich viel Wasser enthält und einen großen Teil dieses Wassers kolloid in sehr fester Bindung. Ein frisch gestochener Torf enthält 90% Wasser. Anders ausgedrückt — bei Torf muß man in der Prozentrechnung sehr aufpassen — heißt das aber, daß auf die Trockensubstanz bezogen frischer Torf nicht weniger als 900°/„, das 9fache Gewicht der Trockensubstanz, a n Wasser enthält. Läßt man den Torf, wie dies zur Verwendung als häuslicher Brennstoff geschieht, an der Luft trocknen, dann enthält er nur mehr etwa 30% Wasser — also auf 70 Teile Torfsubstanz 30 Teile oder 43% der Torfsubstanz an Wasser. Interessant ist, daß es auf trocknenden Torf ruhig regnen darf, weil oberflächlich abgetrockneter Torf oder lufttrockener Torf Wasser abstößt. Zur Verwendung f ü r die Torfschwelung muß der Wassergehalt noch weiter •— auf etwa 25% — herabgesetzt werden. Das Verfahren der Lufttrocknung ist f ü r industrielle Zwecke natürlich ebensowenig einsatzfähig wie das mühselige Abstechen einzelner „Torfsoden" zur Torfgewinnung. Die Torfgewinnung ist mit Baggern und ähnlichen Behelfen verhältnismäßig leicht zu industrialisieren. Von all den v

) ) setzen, s ) ') 8

Ganz abgesehen von T e e r , Asche, Schlacke. Beim heutigen Entwicklungsstand m u ß m a n m e h r e r e Sauggasfahrzeuge einu m die volle T r a n s p o r t l e i s t u n g e i n e s Diesel- o d e r B e n z i n w a g e n s zu ersetzen. V g l . S. 1 1 2 . E n t s p r e c h e n d i m m e r h i n 5 0 0 0 0 0 0 000 t Steinkohle f ü r D e u t s c h l a n d .

111

zahllosen Verfahren industrieller Torftrocknung, deren Aufzählung hier zu weit führen würde, hat sich aber bisher keines als durchschlagend wirtschaftlich erwiesen. jCj?An sich ist die Weiterverarbeitung des einmal getrockneten Torfes bekannt und günstig: Ebenso wie die Holzverkohlung wird auch die Torfschwelung oberhalb von 350° C exotherm. Es entstehen dabei außer Brenngasen T o r f t e e r , welcher auf Dieselkraftstoff verarbeitet werden kann, und' ein sehr leichter und poröser T o r f k o k s , der für viele Zwecke nutzbar zu machen ist. Besonders schön an den Torfprodukten ist die Tatsache, daß Torf weniger als 2x/2% recht gutartiger Asche hat und vor allem mit weniger als 0,1% Schwefel praktisch schwefelfrei genannt werden kann. Unter den verschiedenen Verfahren der Torfverkokung ist die Lurgi-Spülgasverkokung wahrscheinlich die fortschrittlichste. Torf enthält, wenn man das chemisch gebundene Wasser in Abzug bringt, Kohlenstoff und WasserstofF etwa in gleichem atomprozentischen Verhältnis — so wie im Benzol. Er ist für Hydrierzwecke also als besonders vorteilhaft anzusehen (Kohlen sind vergleichsweise viel wasserstoffärmer). Augenblicklich hat es den Anschein, wie wenn es Prof. Dr.-Ing. Ernst T e r r e s im Bunte-Institut der Technischen Hochschule Karlsruhe gelungen wäre, auf durch Einfachheit ganz überraschende Weise die Fragen der Entwässerung und zugleich sogar der Hydrierung von Torf zu Kraftstoff zu lösen. Ob dies tatsächlich der Fall ist, muß die Fortsetzung der bisher geglückten Laboratoriumsversuche und dann die Übersetzung in die industrielle Fabrikation lehren. Das Verfahren besteht darin, daß der nasse Torf — oder nasse Braunkohle oder andere pflanzliche Stoffe — m i t noch m e h r W a s s e r angem a i s c h t wird und dieser wasserreiche Schlamm in Autoklaven unter hohem Druck auf hohe Temperatur und hohen Druck gelangt. Dadurch werden kolloide Bindungen und kolloide Stoffe zerstört, so daß beim Ablassen des Schlamms die Feststoffe sich freiwillig vom Wasser absetzen und z. B. durch Zentrifugieren auf sehr niedrigen Wassergehalt gebracht werden können. Tut man das aber nicht, sondern steigert im Autoklaven Druck und Temperatur noch weiter, dann treten weitere Zersetzungen ein, welche bei Torf zunächst dahin führen, daß eine reaktionsfähige Torfkohle entsteht 1 ). Noch weitere Steigerung von Druck und Temperatur führt folgeweise zur Bildung von Brenngasen und schließlich von Kraftstoffkohlenwasserstoffen2). Der Torf stellt die jüngsten der vom Pflanzenwuchs hergestellten Vorratslager dar. Er entsteht auch noch heute auf den Mooren, und das Alter der untersten, ältesten Schichten, des sog. „Specktorfs", mag sich nach Jahrhunderten, allenfalls Jahrtausenden bemessen. 3. Braunkohle Die Braunkohle ist geologisch älter als der Torf. Ihr Alter mag sich nach Zehn -und Hunderttausenden von Jahren berechnen. Sie kommt in sehr verschiedenen Formen, von mulmigem Pulver bis zu wachsartigem Pyropissit (selten geworden) und zu nassen holzähnlichen Arten vor. Deutschland hat mit geschätzt 29000 Millionen t an Braunkohlenvorräten im Vergleich zu anderen Ländern nicht allzu viel, bezogen auch auf die große jährliche Förderung von vielleicht 150 Millionen t aber doch immerhin sehr erhebliche Vorräte, und im übrigen eine besonders hochentwickelte Braunkohlenindustrie. Grubenfrische Braunkohle enthält meist 30—60% Wasser •— *) Eigene Reaktionswärme — wie bei der Holzvergasung S. 111 — dabei den Wärmebedarf. •) Vgl. Abschn. 4, S. 145.

112

verringert

mithin bezogen auf Trockenkohle 40—150% Wasser. Für die nassen Kohlen sind mithin auch die Möglichkeiten des Terres-Verfahrens1) interessant. Die S c h w e l u n g von Braunkohle, d. h. die Erhitzung auf mäßige Temperatur (450—500°), ist das von je bevorzugte und in den letzten Jahrzehnten durch Anwendung von Spülgas, Wasserdampfzusatz usw. vielfach modernisierte Verfahren. Es führt zu Brenngasen und Schwelteer, aus E r d ö l

E r d ö l

1 1

Destillation Trennen in. die einleiten Anteil»

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Asphalt Poraffin != Heuöt != Schmieröl = Gasöl ¿eucftío/

1 1

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Steinkohle

II

Verschwelung (CrHtitfi wiH t»ft- . abtdilun toi caSOO °CJ

Verkokung [Erbitten unter luft • obtehlvfí 4i ea 1C00 °Cj

L Gas Cracker» Hittttpaitung Behandlung uaft Druck bvXO'WC

Schwelkoks — [Grude]

Koks Teer

rf¡otf¡\ viationj

(*offi\ tiofion)

Benzin

Benzin

Schwefbenzin

Benzol

Bild 2. Übersicht über die Verarbeitung von Erdöl, Braunkohle und Steinkohle zu Kraftstoffen

Braunkohlenschwelung

(schematischj

1000 kg trockene Braunkohle

~ I50 cbm Schwelgas

-210

( z u m Hydrieren oder Verarbeiten auf Dieselkraftstoffe)

kg B r a u n k o h l e n Schwelkoks

z B zur Vergasung (Wasserstoffgewinnung)

Bild 3. Di? Verschwelung von Braunkohle

welchen sich ein Braunkohlenbenzin (sehr mit Unrecht „Braunkohlenbenzol" genannt) für Ottomotoren und wenig brauchbare Dieselkraftstoffe herstellen lassen, welche aber beide wegen Geruch, Korrosionsneigung, Neigung zu Harzbildung und Raffinationsschwierigkeiten nicht besonders wertvoll genannt werden können. Die bei der Schwelung des wachsartigen Pyropissit früher im Vordergrund stehende Herstellung von Hartparaffin (für die Kerzenfabrikation usw.) ist durch Erschöpfung der Pyropissitvorkommen stark zurückgegangen. Beim Schwelen der Braunkohle entsteht ein sehr reaktionsfähiger Schwelkoks, welcher sich gut zum Sauggasbetrieb eignet, allerdings oft viel und leicht schlackende Asche hat (Kohlen aus Kölner Revier in beiden Hinsichten günstig). l

8

) Vgl. S. 112 u n d 145.

ATH I, 17. Aufl.

113

Im mitteldeutschen Braunkohlengebiet wird der Rückstand der Verschwelung als „Grude" für eigenartige glimmende Dauerbrandöfen in Küchenherden und Zimmerheizungen verwendet. In der Großtechnik dient der Schwelkoka durch Vergasung zur Herstellung von Brenngasen. Schwelteer und Schwelgase sind sehr wertvolle Rohstoffe für die Hochdruckhydrierung. Das Schwelbenzin als solches taugt wenig und wird besser hydriert. Die zweite Hauptverwendung von Braunkohle für Kraftstoffzwecke — von der durch Kriegsnot im zweiten Weltkrieg erzwungenen Herstellung von „Generatorbriketts" für Sauggasbetrieb sei abgesehen — geschieht durch Vergasen der Braunkohle, d. h. durch ihre Halb Verbrennung mit Luft oiler Sauerstoff und Wasserdampf zu Brenngas (und wertloser A s c h e ) . Diese Brenngase dienen der Hochdruckhydrierung — soweit sie nicht als Brenngase direkt Verwendung finden —• nämlich zur Gewinnung des für die Hydrierung erforderlichen Wasserstoffgases. Das eleganteste Vergasungsverfahren für Braunkohle dürfte dasjenige von W i n k l e r sein, bei welchem in einem riesigen Eisenbehälter feinkörnige Braunkohle oder Schwelkoks durch einen Luft-Wasserdampf- oder Sauerstoff-Wasserdampf-Gasstrom sozusagen im Kochen gehalten wird, wobei das gesamte brodelnde Haufwerk-Bad hellglühende Reaktionstemperatur hat. Diese Winkler-Vergaser haben etwa die zehnfachen Leistungen für den gleichen Querschnitt, wie die gewöhnlichen Generatoren. Bei I m b e r t wurde von Dipl.-Ing. B ö t t g e r ein kleiner derartiger Winkler-Vergaser für Krümelkohle entwickelt, weicher zum Betrieb eines 3-t-Lastwagens nur die Größe einer Konservendose hatte. Insgesamt ist aber vom Kraftstofifstandpunkte aus die Braunkohle wesentlich nur als Lieferantin von Schwelteer und von Gas für die Hochdruckhydrierung interessant. Die bei manchen Arten von BraunkohleGeneratorvergasung anfallenden Generatorteere sind wenig wert, zumal sie viel Asche zu enthalten pflegen. 4. Steinkohle und Anthrazit Steinkohle und Anthrazit sind, wie pflanzliche Reste in ihnen beweisen, vor sehr langer Zeit, die man nach Jahrmillionen bemessen kann, aus pflanzlichen Rückständen entstanden. Die meisten derjenigen Pflanzen, welche man in den Steinkohlenflözen nachweisen kann, sind längst aus unserer Flora verschwunden2). Deutschland ist mit 87000 Millionen t sicheren Steinkohlenvorräten günstig gestellt, obwohl es mit 100 Millionen t Jahresförderung einen sehr erheblichen Teil seines Energiebedarfes durch Steinkohle decken muß — aber auch kann. Während der Torf an der Erdoberfläche bis zu einer Tiefe von wenigen Metern sich findet und die Braunkohle meist auch im Tagebau oder nur wenige 100 m unter Tage abgebaut wird, finden Steinkohle und Anthrazit sich in der Hauptsache in großen Tiefen, welche in unserem wichtigsten Steinkohlengebiet, dem Ruhrgebiet, heute 800—900 m Tiefe für wertvolle Flöze betragen. In dieser Tiefe macht sich bereits die Erdwärme sehr bemerkbar (geothermische Tiefenstufe etwa 1° je 20—35 m). Um bei den hohen Temperaturen die ohnehin trotz aller Mechanisierung körperlich so schwere Arbeit des Bergmanns zu ermöglichen, ist Abkühlung durch starke Ventilation (Wetterführung) erforderlich. Diese Wetterführung ist auch deshalb nötig, weil—besonders bei Druckwechsel aus verlassenen Stollen 3 ) — brennbare und mit Luft gemischt explosive Gase (Methan; „schlagende Wetter" 4 )) auftreten und weil außerdem der unvermeidliche Kohlenstaub in Luft auf') •) *) 4)

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Meist mit vorgeschaltetem Abschwelen. Z. B. große Schachtelhalme. „Altem Mann". Vgl. S. 119 (Methan für Kraftfahrzeuge aus schlagenden Wettern).

gewirbelt ebenfalls äußerst explosiv ist. Durch Naßhalten des Kohlenstaubs (neuerdings mit „nassem" Wasser, d. h. Wasser mit Netzmitteln) und Gesteinstaubsperren, welche von einer Explosionswelle verstäubt werden und dadurch löschen, bekämpft man die hier vorliegenden Gefahren. Die Steinkohle wird verlesen und in der sog. „Kohlenwäsche" in einem Flüssigkeitsbad durch Auswirkung der verschiedenen Schwere von totem Gestein, durchwachsenen „Bergen" und massiver Kohle getrennt „gewaschen", wodurch der Aschegehalt stark verringert wird. Die Verwendung der Berge mit verhältnismäßig kleinem Gehalt an Verbrennlichem geschieht neuerdings auf verschiedene Arten zu Kraftgas (vgl. Abschnitt 5). Früher schüttete man die Berge auf Halden, in denen es oft ebenso interessante 1 ) wie unheimlich glimmende Brände gab. Man unterscheidet bei der Steinkohle Flammkohle, Gaskohle, Kokskohle, Magerkohle und Anthrazit. Für Kraftstoffzwecke interessiert in erster Linie die Kokskohle als Mutterkohle des Benzols, und beiläufig auch noch Anthrazit bzw. Magerkohle, weil sie in Notzeiten zum Generatorbetrieb von Kraftfahrzeugen gedient haben und dienen können. Die verschiedenen Kohlensorten unterscheiden sich nach ihrer chemischen Zusammensetzung und ihrem Verhalten in der Wärme. Bei der Aufbereitung (Wäsche) wird die Kohle gleichzeitig nach der Korngröße („Nuß") sortiert. Nach Art der Kohle und Korngröße müssen alle Kohlensorten sinngemäß Verwendung finden, was manchmal zu Schwierigkeiten (Sortenproblem) führt. Der Aschegehalt beträgt zwischen 1 und 12%, der Wassergehalt der lufttrockenen Kohle 1—6%. Die Steinkohle wird auf 4 verschiedene Weisen für Kraftstoffzwecke behandelt: a) S c h w e l e n , d. h. Erhitzen mit oder ohne Spülgas- oder Wasserdampfstrom bis auf 500° C, wobei der sogen. „Urteer" „Tieftemperaturteer" („TTT") entsteht. Dieses Verfahren führt zu besonders reaktionsfähigen und teils paraffinösen Teeren, welche sich weniger zur direkten Aufarbeitung auf Ottokraftstoffe und Dieselkraftstoffe, als vielmehr als Rohstoff zum katalytischen Hochdruckhydrieren eignen. Das Schwelbenzin taugt als solches nichts, weil es schwer raffinierbar ist. Es dient ebenso wie das Schwelgas als Rohstoff für die Hydrierung. Das Verfahren, welches als Rückstand einen sehr leicht rauchlos verbrennlichen Steinkohlenschwelkoks liefert, der für Hausbrand und metallurgische Zwecke geeignet ist und sich S t e i n k o h l e n s c h w e l u n g (schematich) 1 0 0 0 kg trockene Steinkohle

Reichgos

Schweibenzin

Heizöl (zur Herstellung von Dieselkraftstoffen od zur Hydrierung}

Pech fzB.zur Hydrierung!

Vergasung (Wosserstoffgewinnung)

Bild 4. D i e Verschwelung von Steinkohle *) Auf brennenden Halden findet man unter Steinen feste Sublimate von kristallisiertem Chlorammonium, von Eisenchlorid und elementarem Schwefel — für den Chemiker eine interessante kleine Beobachtung.

8'

115

auch im Fahrzeuggenerator gut verwenden läßt, ist für sieh allein nur in geringem Umfange bisher genutzt. Hingegen wird beim Vergasen der Steinkohle (vgl. Abschnitt d) die Schwelung häufig in der gleichen Apparatur vorgeschaltet. b) V e r k o k e n . Das Verkoken von Steinkohle besteht im Erhitzen der Steinkohle unter Luftabschluß auf 1000—1200° C in den gemauerten Kammern der Koksofenbatterien. Dieses Verfahren wird in größtem Umfange ausgeführt, um Koks für die Eisenindustrie, auch für Dampfheizungen usw. herzustellen. Wesentlich ist dabei, daß die entweichenden Dämpfe und Gase den Glut-

Bild 5. Mikrophoto des Verkokungsvorgangs von Steinkohle (aus einem BV-Lehrfilm von Harald Schulze)

mantel des aus der geschmolzenen Kohle entstandenen weiß glühenden Koksschwammes passieren müssen. Hierbei zersetzen sich temperaturempfindliche Stoffe, und es passieren nur die sehr temperaturfesten („feuerfesten") sogen, aromatischen Kohlenwasserstoffe, von denen die Benzole und das Naphthalin besonders wichtig sind. Aus den entweichenden Dämpfen und Gasen werden Teer und Ammoniak gewonnen, •— wird im übrigen aber vor allem das Benzol herausgewonnen, welches bei diesem Verfahren in einer Menge von rd. 1% der eingesetzten Kohle anfällt. Die Gewinnung des Benzols geschieht dadurch, daß man die Gase mit Steinkohlenteeröl, Tetralin oder einem anderen flüssigen Lösungsmittel für Benzol wäscht oder das Benzol mit Aktivkohle, Silikagel oder endlich durch Ausfrieren herausgewinnt. l' Die Koksofengase dienen im übrigen teilweise zur Wasserstoffherstellung für die synthetischen Verfahren. Aber auch Bestandteile des Teeres werden als Rohstoffe für die katalytische Hochdruckhydrierung benutzt. Zur Zeit werden an der Ruhr jährlich etwa 4000001 Benzol hergestellt, von denen erhebliche Mengen motorische Verwendung finden. Steigende Mengen von Benzol werden von der chemischen Industrie zur Herstellung von Farben, Medikamenten, Kunststoffen, Buna, Nylon usw. beansprucht. Durch Absaugen aus dem Inneren des Kokskuchens kann man die Menge des je Kilo eingesetzte Kohle gewonnenen Benzols erhöhen. 116

Auch aus dem Stein kohlenteer wird ein wenig Benzol 1 ) und im übrigen in großer Menge Steinkohlenteeröl gewonnen, von dem eine Sorte zum Antrieb ortsfester Großdieselmotoren hergestellt wird. Der Teer wird hierzu in 4 Fraktionen abdestilliert (Leichtöl bis 170» C, Mittelöl bis 230» C, Schweröl bis 270° C und dann Anthrazenöl). Leichtöl und die leichtesten Fraktionen von Mittelöl liefern die erwähnten (verhältnismäßig sehr kleinen) Benzol mengen. Das Mittelöl wird weiter auf Karbolöl bis 195° C, Naphthalinöl bis 220° C und das überbleibende Schweröl fraktioniert.

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c) E x t r a h i e r e n . Von P o t t - B r o c h e ist ein Verfahren zum Extrahieren von Kohle entwickelt worden. Dabei entsteht ein fester asphaltähnlicher aschefreier Extrakt, der als Rohstoff für die katalytische Hochdruckhydrierung dienen kann und vielleicht noch andere Verwendung finden wird (vgl. S. 145). d) D a s V e r g a s e n der Kohle erfolgt unter Zuführung von Luft und nach Bedarf Wasserdampf bei Gluttemperaturen, so daß nur Kraftgas und Asche sich ergeben. Vorgeschaltet ist häufig eine Schwelung zur Gewinnung von „Ur>1 Nach D r . R . Weller (Zerbe, S. 11++) weniger als 2 % .

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teer" als Rohstoff f ü r die katalytische Hochdruckhydrierung. Das Kraftgas bzw. Wassergas dient zur Synthese von Kohlenwasserstoffen nach Fischer-Tropsch, zur I.G.-Synthese von Methanol und anderen Alkoholen oder zur Wasserstoffgewinnung f ü r die katalytische Hochdruckhydrierung, außerdem natürlich f ü r andere industrielle Zwecke.

Restkohle

Bild 7. Schema der Kohle-Extraktion -nach Pott und Broche

6. Erdgas und andere Brenngase Brenngase sind einmal interessant, weil sie als Hochdruckgas oder Flüssiggas in Druckflaschen 1 ) unmittelbar als Kraftstoff dienen. In weitaus größerem Umfange aber spielen Brenngase in der Kraftstoffabrikation eine Rolle. Besieht man sich eine moderne Kraftstoffabrik, welche etwa nach dem Syntheseverfahren von F i s c h e r und T r o p s c h oder der katalytischen Hochdruckhydrierung, dem sogen. „Leuna-Verfahren", arbeitet, dann ist das vielfältige Netz riesiger geräuschloser Rohrleitungen und das Vorhandensein zahlreicher großer Gasbehälter besonders eindrucksvoll. Bei den Brenngasen kann man natürlich vorkommende und „künstlich" hergestellte unterscheiden. Dazwischen sei noch eine seltsame Klasse der „halbnatürlichen" eingeschaltet, welche allerdings noch keine große wirtschaftliche Bedeutung gewonnen hat.

Bild 8. Fernleitungen von Erdgas im deutschen Westen A

) In Kriegszeiten wurden auch Ballons aus gummierter Leinwand auf dem Dach oder auf Anhängern m i t g e f ü h l t — ähnlich wie man mit Flaschengas beim Mitführen von Flaschenbatterien z. B. auf Anhängern den Aktionsradius vergrößern kann.

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a) N a t ü r l i c h e s E r d g a s An vielen Stellen der Erde, so etwa in Neuengamme bei Hamburg, in Bentheim an der holländischen Emslandgrenze, neuerdings in Wolfskehlen bei Darmstadt 1 ), erbohrt man „trockenes" Erdgas, meist nahezu reines Methan 2 ). Es steht in der Regel unter sehr hohem Druck, so daß man es in geeigneten Fällen unmittelbar in Hochdruckfernleitungen zu chemischen Fabriken — z. B. von Bentheim zu Werk Hüls — und anderen Großverbrauchern führen kann. Auch wird es Ferngas oder Stadtgas zugesetzt, wozu es sich seines hohen Heizwertes wegen besonders gut eignet. Auch als Flaschengas findet es Verwendung, — bedarf allerdings zuvor noch der chemischen Reinigung, besonders von Schwefel. Das sogen, „nasse" Erdgas enthält außer Methan auch höhere Kohlenwasserstoffe, meist der aliphatischen Reihe, also Propan, Butan usw. Man kann durch Abkühlen, Adsorptionsverfahren und auf andere Weise Gasolin (sehr leichtflüchtiges Benzin) und Flüssiggas gewinnen und das Methan übrig behalten. Nasses Erdgas geht meist in die Rraftstoffabriken, wo es einen Grundstoff für die ungemein vielseitig gewordene Erdölchemie bildet. Nasses Erdgas ist im Erdöl gelöst und ist auch das Treibmittel, welches das Öl aus dem Ölsand in die Bohrung treibt — es manchmal als „Springer" aus dem Bohrloch unter Druck heraustreibt. b) H a l b n a t ü r l i c h e B r e n n g a s e Schon der englische Entdecker der Edelgase, Sir William R a m s a y , schlug im vergangenen Jahrhundert vor, arme, nicht abbauwürdige Kohlenflöze und Brandschieferlager in situ, d. h. an Ort und Stelle unter Tage zu vergasen, d. h. anzustecken und auszusaugen. Bekanntlich sind Brände in Kohlenbergwerken oder Brände von Kohlenbergehalden sehr schwer zu löschen. Durch Aussaugen solcher unabsichtlich vorgekommener Brandstellen konnte man sich darüber vergewissern, daß man tatsächlich so ein zwar armes, aber doch brennbares Kraftgas in ungeheuren Mengen erhalten kann. In England, Rußland, U.S.A. und Deutschland sind nach den verschiedensten Verfahren derartige Versuche angestellt worden, ohne daß bis heute eine Industrie sich daraus entwickelt hätte. Sehr befriedigend verliefen z. B. im zweiten Weltkrieg Versuche, welche Kurt H ü b n e r mit der Untertage-Schwelung und -Vergasung von Ölschiefer bei Schörzingen an der Schwäbischen Alb zum Zwecke der Ölgewinnung anstellte. Von größter Bedeutung könnten derartige Verfahren auch auf verlassenen ölfeldern werden, in denen jetzt bekanntlich bis zu 1 / 3 des Ölvorrates als wirtschaftlich noch ungewinnbar zurückbleibt. Nahe verwandt der Untertagevergasung ist das Abschwelen und Vergasen von ruhenden Haufwerken durch Aussaugen, wie es im zweiten Weltkrieg mit Ölschiefer nicht ohne Erfolg bei Balingen (Württemberg) verwirklicht worden ist (sog. „Meiler"-Schwelung und -Vergasung). c) K ü n s t l i c h e B r e n n g a s e Beim Schwelen, Verkoken oder Vergasen von Ölschiefer, Holz, Torf, Braunkohle, Steinkohle entstehen die mannigfachsten Brenngase, welche zum großen Teil in der Kraftstoffindustrie sinngemäß verwendet werden. Beim Vergasen sind die wichtigsten entstehenden Gasbestandteile Wasserstoff, Kohlenoxyd und Methan. Die Hauptmenge des BV-Methans wird durch Tieftemperaturzerlegung von Koksofengas (das 25% Methan enthält) auf den Stickstoffwerken des Ruhrgebietes gewonnen. 1

) Neuestens auch linksrheinisch bei Worms. ) Auch auf der Steinkohlengrube Mansfeld (Ruhrgebiet) wird Methan (schlagende Wetter) bereits gewonnen, verdichtet u n d als Kraftstoff verfahren (vgl. S. 114). Hierzu werden durch den Bergbau bereits beunruhigte Flöze angebohrt. D i e erste Anlage lieferte im ersten Betriebsjahr 0 , 5 — 0 , 8 cbm je Minute = 3 2 6 4 0 0 0 cbm/Jahr (vgl. Bergassessor K. Erlinghagen, Bergbau-Archiv, 1947) 2

119

Zu den künstlichen Brenngasen, die allerdings nur direkt verwendet werden, gehört auch das durch Gärung von städtischen Abwässern hergestellte „Klärgas", welches nach Entfernen von Kohlensäure und Schwefelwasserstoff 1 ) im wesentlichen aus Methan besteht, und das diesem nahe verwandte „Mistgas", welches durch Gären von Dung hergestellt wird, um abgelegene landwirtschaftliche Betriebe mit einem eigenen Brenngas zu versorgen. Künstliche Brenngase entstehen aber in der Kraftstoffindustrie und in der chemischen Industrie sehr häufig als „Abfälle" von irgendeinem bestimmten Verfahren, u m in einem anderen Verfahren als wertvoller Rohstoff aufzutreten. Die moderne Kraftstoffabrikation — besonders auch im Rahmen der Erdölchemie — beruht wesentlich auf geschicktem Zusammenweben von Vorkommen dieser Art. Ein künstliches Brenngas ist auch das Azetylen, die Grundlage der sogen. Reppe-Chemie. 6. Erdöl Erdöl ist der wichtigste Kraftstoffrohstoff. Erdöl liefert zugleich Schmieröl, welches Maschinen leichter laufen läßt und dadurch ein Kraftstoffsparmittel ist. So wie Benzin stofFgebundene Energie ist, so ist Schmieröl ein Energie-Dichtungsmittel. U m die Schätze in der Erde — also Erdöl, Kohlenlager, Erzvorkommen usw. — hat es Teufeleien und Kriege gegeben. Erdöl war lange eines der stärksten Mittel zur Vergrößerung von Macht. Deutschland wurde nach Aussage entscheidender Leute auf einer „Woge von Öl" schon im ersten Weltkrieg besiegt. Man wollte politisch Öl höher einschätzen als Blut. Kurzum, um das Erdöl r a n k t sich viel Romantik, viel Verbrechen, viel Machthunger. All dies wird möglicherweise besser werden in dem Maße, als das Erdöl seine Einzigartigkeit verliert. Die neuzeitlichen Verfahren zur Synthese energieträchtiger Stoffe und zur U m w a n d l u n g verbrennlicher Stoffe ineinander „demokratisieren" sozusagen die Welt der Energieträger. Hinzu kommt vielleicht, daß maßgebenden Politikern f ü r die Machtverhältnisse augenblicklich Uranvorkommen 2 ) noch wichtiger erscheinen, als Erdölgebiete — so wie bislang die ölfelder politisch als wichtiger im Vergleich zu den Steinkohlengebieten, und diese als politisch bedeutungsvoller gegenüber den Braunkohlenfeldern galten. Die Tatsache, daß sich in der Erde — offenbar tierischen 3 ) Ursprungs (Seewasserfische, Muscheln, Plankton usw.) — riesige Vorkommen von Erdöl finden — aufgesaugt von porösen Sanden, häufig unter Druck von Erdgasen, so daß beim Anbohren des Vorkommens freiwilliger Austritt erfolgt —, ist doch äußerst erstaunlich. I m m e r wieder h a t man Erschöpfung der Erdölvorkommen angekündigt, und immer wieder h a t man — in den letzten J a h r zehnten besonders im nahen Orient, aber auch z. B. bei Wien (Zistersdorf) oder im Emsland 4 ) —-ganz u n e r w a r t e t g r o ß e neue Vorkommen entdeckt. Behauptet wird allerdings, daß ungefähr ebensoviel Geld vergeblich verbohrt wird, als tatsächlich durch Eündigwerden erbohrt werde. Das dürfte ja aber wohl übertrieben sein. U m Erdöl zu finden, muß m a n nach Meinung der Geologen einen unterirdischen „Salzdom" entdecken. „Primäres" Erdöl kommt immer rings um einen Salzdom herum vor; aber nicht um jeden Salzdom herum findet sich primäres Erdöl. Auch ist „sekundäres", d. h. gewandertes, Erdöl manchmal ganz fern von Salzdomen zu finden. l

) D u r c h D r u c k w ä s c h e m i t Wasser. ) Oder a u c h S t a h l p r o d u k t i o n e n ? ) Also i n d i r e k t pflanzlicher H e r k u n f t . Diese T h e o r i e von E n g l e r darf h e u t e als sicher, die von Mendelejeff (anorganisch ü b e r Karbide) als u n w a h r s c h e i n l i c h a n g e s e h e n werden 4 ) Neuestens i m hessischen Ried (Stockstadt, W o l f s k e h l e n , P f u n g s t a d t ) . a

8

120

Aber die unterirdischen Salzdome, die kann man heute recht gut finden. Es gibt dazu zwei neuzeitliche Mittel, welche sich zunehmend bewähren. Das eine ist das „Echolot": Es werden in Bohrlöchern kleine Detonationen erzeugt, und es wird der von der unterirdischen Bodenbeschaffenheit abhängende Verlauf der Schallspiegelungen gemessen. Das zweite Mittel ist die „Schwerewaage", ein außerordentlich zartes Instrument, mit welchem man Aussagen über die Wichte unterirdischer Bodenteile machen kann. Nur selten — z. B. Teerkuhlen von Hänigsen in der Lüneburger Heide — tritt Erdöl freiwillig zutage. Manchmal (z. B. Kalibergwerk Volkenroda) begegnet man ihm zufällig. Manchmal kann man ölhaltigen Sand bergmännisch gewinnen (Lüneburger Heide und Pechelsbronn im Elsaß). Verwandt dem bergmännisch gewinnbaren Erdöl ist der Ozokerit (Bergwachs), sind Asphaltsand, Ölschiefer und sogar Kieselgur (vgl. Abschnitt 7). Üblicherweise wird Erdöl aber flüssig erbohrt. In günstigen Fällen wird es von Erdgas als „Springer" aus dem Bohrloch herausgetrieben. Normalerweise muß man es herauspumpen bzw. „schöpfen", wozu es ebenso wie zum Bohren raffinierte technische Methoden gibt. Freiwillig kommt aber höchstens 2 / 3 des Erdöls aus dem erdölgefüllten porösen Sand oder Gestein heraus. Man versucht durch Sprengungen in der Tiefe sowie durch sinngemäßes „Treiben" aus konzentrischen Bohrlöchern mit eingepumptem Gas oder Wasser die Ausbeute zu erhöhen. Die Erdölbohrungen sind im Laufe der Jahre erstaunlich tief geworden, heute 2—3 km Tiefe als Spitzenwerte. Zunehmend ist aus dem Erdöl ein c h e m i s c h e r R o h s t o f f geworden. Den Unterschied der einfachen Verarbeitung durch Destillation, des entwickelteren Verfahrens durch neuzeitliches Cracken (Wärmezersetzung) und des heutigen Hochstandes durch katalytische Hochdruckhydrierung mögen die Zahlen veranschaulichen, daß z. B. Emsland-Rohöl bei Destillation nur 27%, bei Cracken 66%, durch Hydrieren 90% Kraftstoff liefert. Während früher die großen qualitativen Verschiedenheitender Erdöle(,.Provenienzen") S o r t e n p r o b l e m e in den Vordergrund treten ließen —• also die Aufgabe, Anfall der einzelnen Erzeugnisse mit Absatz in Einklang zu bringen, ist durch die neuzeitliche chemische Verarbeitung die Provenienz weniger wichtig geworden1). T Im einzelnen kann man an ohne weiteres durch Destillation gewinnbaren Bestandteilen des Erdöls etwa folgende unterscheiden:

L

) Abgesehen vielleicht von Schmierölen

121

1. Methan (trockenes Erdgas). 2. Hochwertiges Brenngas (nasses Erdgas). 3. Gasolin (Leichtbenzin, Gasbenzin). 4. Benzin. 5. Lösungsbenzin. 6. Leuchtpetroleum und Traktorentreibstoff. 7. Motorpetroleum und Dieselkraftstoff. 8. Spindelöl. 9. Maschinenöl. 10. Heizöl. 11. Viskose Schmieröle. 12. Rückstand (bright stock). Wie erwähnt, hat sich die Erdölindustrie zur sehr vielseitigen chemischen Industrie entwickelt, und sind die Herstellungsweisen auch von Kraftstoffen aus Erdöl heute im wesentlichen recht komplizierte chemische Verfahren geworden. Geht die chemische Verarbeitung des Erdöls ja doch sogar so weit, daß man selbst Benzol aus Erdöl herzustellen versteht (neuestens Shell in USA). 7. Ölschiefer, Ölsand, Asphaltsand und Kieselgur Als „Ölschiefer" wird u. a. auch der eigenartige, im Tagebau der Grube Messel bei Darmstadt anstehende Rohstoff bezeichnet. Er ähnelt anderen Ölschiefern wenig und könnte vielleicht besser als Braunkohle bezeichnet werden. Verarbeitet wird er durch Schwelen, wobei Brenngas und Teere anfallen, aus denen sich benzinähnliche Kraftstoffe, Dieselkraftstoff, im übrigen auch Hartparaffin u. a. herstellen lassen. Üblicher Ölschiefer, allerdings mit sehr bescheidenem organischen Gehalt von um die 20%, steht in sehr großen Mengen an der Schwäbischen Alb an. Ein kleineres Vorkommen befindet sich östlich von Braunschweig bei Schandelah 1 ). Man versuchte im zweiten Weltkrieg auf viele Weise, Ölschiefer zur Kraftstoffgewinnung heranzuziehen; so durch Schwelen in Haufwerken oder auch unter Tage, Schwelen in Retorten, durch Entgasen und Vergasen in Generatoren verschiedener Art usw. (vgl. 5 b). Die seit Jahrhunderten immer wieder angestellten Versuche und Bemühungen haben auf die Dauer noch keinen Erfolg gebracht. Einmal kann ein wirtschaftlicher Erfolg nur dann erwartet werden, wenn die ungeheuren Massen des im wesentlichen aus Kalk und Ton bestehenden Rückstandes irgendwelche vorteilhafte Verwendung (für Bauzwecke) finden. Außerdem zeigt der Ölschiefer seine Herkunft aus Tierleichen (von Muschel und Fisch bis zum Ichthyosaurus 8 ) durch äußerst unangenehmen Geruch der beim Schwelen entstehenden Gase und Teere (Ichthyol). Eine Schwierigkeit für sich bildet auch der sehr hohe Schwefelgehalt der Ölschieferprodukte. Versuche, den Ölschiefer anders als durch Verschwelen bzw. Vergasen auszuwerten — etwa durch Extrahieren oder Ausdampfen —, blieben bislang ohne Erfolg. Hingegen kann man durch Ausdampfen oder Extrahieren Ö l s a n d mit Erfolg auf Kraftstoff, Bitumen usw. als Rohstoff verarbeiten. Ölsand wird bergmännisch z. B. in der Lüneburger Heide gewonnen. Ölsand liegt aber auch in für die heutigen technischen Mittel als erschöpft geltenden verlassenen Erdölfeldern. Durch Treiben mit Gas, Wasserdampf und Lösungsmitteln wird auch versucht, ö l aus dem Ölsand in situ zu mobilisieren3). *) I n Estland s t e h t hochprozentiger Ölschiefer an. Besonders reich a n Ölschiefer sind die U S A . a ) Ö l s c h i e f e r m u s e u m von D r . e. h . B e r n h a r d H a u f f in H o l z m a d e n bei K i r c h h e i m / T e c k ; von d e r A u t o b a h n S t u t t g a r t — U l m leicht zu e r r e i c h e n (sehr s e h e n s w e r t ) . •) Sogar E n t - u n d Vergasen d u r c h F e u e r i n d e r T i e f e u n d 1 Einblasen von L u f t oder Sauerstoff) m i t W a s s e r d a m p f wird versucht (vgl. auch 5 b).

122

Auch Asphaltsand, welcher sich z. B. westlich von Braunschweig findet, läßt sich mit ähnlichen Mitteln verarbeiten. Interessant ist übrigens, daß Kieselgur, wie es in der Lüneburger Heide gefunden und hergestellt wird, in frischem Zustande ebenfalls erhebliche Mengen verbrennlicher einst tierischer Substanz enthält, welche erst durch Brennen entfernt werden muß, so daß nur die Kieselsäureskelette, eben die bekannte Kieselgur, übrig bleiben.

3. Ein wenig Kraftstoffchemie Rohstoffe und Energien finden sich, wie vorstehend berichtet, durch Herauslösen erwünschter oder unerwünschter Bestandteile, durch Umwandeln, durch Aufbau und durch Mischen zueinander, wobei diese vier Möglichkeiten in zahlreichen Formen heute so ineinander verstrickt sind, daß es praktisch nicht möglich ist, f ü r irgendeinen Kraftstoff des Gebrauchs ein bestimmtes zugeordnetes Herstellungsverfahren anzugeben. I n erster Linie pflegt es darum zu gehen, Asche, Schwefel, Sauerstoff und andere unerwünschte Bestandteile zu beseitigen, die f ü r die Verwendung des K r a f t stoffs passende Molekülgröße und chemische Konstitution herzustellen, insbesondere auch den Wasserstoffgehalt richtig abzustimmen, meist zu erhöhen (,,hydrieren"). Vom chemischen Standpunkt aus kann man die heute wichtigen K r a f t stoffe einteilen in Kohlenwasserstoffe (Benzin, Benzol, Traktorentreibstoff, Dieselkraftstoff) und (von geringer Bedeutung) Alkohole (Äthanol, Methanol, Isobutylalkohol usw.). Kohlenwasserstoffe bestehen lediglich aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Alkohole und die gelegentlich als Kraftstoffanteile benutzten Äther und Ketone enthalten außerdem noch Sauerstoff. Bei den Kohlenwasserstoffen k a n n m a n verschiedenen chemischen A u f b a u u n t e r scheiden. Jedes Kohlenstoffatom hat 4 ,,Valenzen", jedes Wasserstoffatom eine. So k a n n m a n sich die verschiedenen Sorten von Kohlenwasserstoffen aus Kohlenstoff- u n d Wasserstoffatomen sinnvoll zusammengesetzt vorstellen. Sind an e i n e m Kohlenstoffatom alle 4 Valenzen m i t Wasserstoffatomen besetzt, d a n n h a b e n w i r M e t h a n . Sind 6 Kohlenstoffatome zu e i n e r Kette zusammengesetzt u n d die 14- n i c h t von den Kohlenstoffatomen selbst besetzten Valenzen m i t Wasserstoff abgesättigt, so e r h a l t e n wir C . H „ oder H e x a n . So entsteht, zunächst auf dem Papier, eine gesetzmäßige R e i h e von Kohlenwasserstoffen (siehe u n t e n urid S. 126).

Von diesen „Paraffinen" sind diejenigen bis etwa Propan und B u t a n die Bestandteile des Flüssiggases (Treibgases), Pentan bis etwa Nonan Bestandteile von Benzinen — noch höhere Glieder Bestandteile von Schwerbenzin, Petroleum, Gasöl bis zum festen wachsähnlichen Hartparaffin. l'araffin-Kohlenwasserstoffe:

H Cl T

M.'than,

II—C—II

11 n Äthan,

H

11—C—C—11

I

II

'

II

11 H

Call

Propan,

II C.H

lSutan,

II

II—C—C—C—II

II

II

II

Flüssiges T r e i b g a s

II—(',—C—C—C—II

!

II

I

I

11 H

I

Ii

123

Auch Asphaltsand, welcher sich z. B. westlich von Braunschweig findet, läßt sich mit ähnlichen Mitteln verarbeiten. Interessant ist übrigens, daß Kieselgur, wie es in der Lüneburger Heide gefunden und hergestellt wird, in frischem Zustande ebenfalls erhebliche Mengen verbrennlicher einst tierischer Substanz enthält, welche erst durch Brennen entfernt werden muß, so daß nur die Kieselsäureskelette, eben die bekannte Kieselgur, übrig bleiben.

3. Ein wenig Kraftstoffchemie Rohstoffe und Energien finden sich, wie vorstehend berichtet, durch Herauslösen erwünschter oder unerwünschter Bestandteile, durch Umwandeln, durch Aufbau und durch Mischen zueinander, wobei diese vier Möglichkeiten in zahlreichen Formen heute so ineinander verstrickt sind, daß es praktisch nicht möglich ist, f ü r irgendeinen Kraftstoff des Gebrauchs ein bestimmtes zugeordnetes Herstellungsverfahren anzugeben. I n erster Linie pflegt es darum zu gehen, Asche, Schwefel, Sauerstoff und andere unerwünschte Bestandteile zu beseitigen, die f ü r die Verwendung des K r a f t stoffs passende Molekülgröße und chemische Konstitution herzustellen, insbesondere auch den Wasserstoffgehalt richtig abzustimmen, meist zu erhöhen (,,hydrieren"). Vom chemischen Standpunkt aus kann man die heute wichtigen K r a f t stoffe einteilen in Kohlenwasserstoffe (Benzin, Benzol, Traktorentreibstoff, Dieselkraftstoff) und (von geringer Bedeutung) Alkohole (Äthanol, Methanol, Isobutylalkohol usw.). Kohlenwasserstoffe bestehen lediglich aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Alkohole und die gelegentlich als Kraftstoffanteile benutzten Äther und Ketone enthalten außerdem noch Sauerstoff. Bei den Kohlenwasserstoffen k a n n m a n verschiedenen chemischen A u f b a u u n t e r scheiden. Jedes Kohlenstoffatom hat 4 ,,Valenzen", jedes Wasserstoffatom eine. So k a n n m a n sich die verschiedenen Sorten von Kohlenwasserstoffen aus Kohlenstoff- u n d Wasserstoffatomen sinnvoll zusammengesetzt vorstellen. Sind an e i n e m Kohlenstoffatom alle 4 Valenzen m i t Wasserstoffatomen besetzt, d a n n h a b e n w i r M e t h a n . Sind 6 Kohlenstoffatome zu e i n e r Kette zusammengesetzt u n d die 14- n i c h t von den Kohlenstoffatomen selbst besetzten Valenzen m i t Wasserstoff abgesättigt, so e r h a l t e n wir C . H „ oder H e x a n . So entsteht, zunächst auf dem Papier, eine gesetzmäßige R e i h e von Kohlenwasserstoffen (siehe u n t e n urid S. 126).

Von diesen „Paraffinen" sind diejenigen bis etwa Propan und B u t a n die Bestandteile des Flüssiggases (Treibgases), Pentan bis etwa Nonan Bestandteile von Benzinen — noch höhere Glieder Bestandteile von Schwerbenzin, Petroleum, Gasöl bis zum festen wachsähnlichen Hartparaffin. l'araffin-Kohlenwasserstoffe:

H Cl T

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123

H C,H„

=

C,H,

=

C7Hu

=

C„H 18 c

n

H

2n+

=

2

Pentan,

Hexan,

Heptan,

Oktan,

I

H

I

H

H

I

H

I I

H—C—C—C—C—C—H

I

I

I

I I

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H

H

H

H

H

H

H

H

H

I I '

1

H

H—C—C 1 —C—C—C—C—H

I

I

I

I I

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

i I

I i

I I

I !

I I

Benzinbestandteile

H

I I I I

H—C—C—C—C—C—C—C—H H

H

H

H

I

I

H H

I

H H

I

H H

I

H H

I

H

H

H

I I

H—C—C—C—C—C—C—C—C—H

I

I

I

I

I

I

I I

H H H H H H H H a l l g e m e i n e Formel der aliphatischen Kohlenwasserstoffe

Solche Paraffin-Kohlenwasserstoffe finden sich in erster Linie im pennsyIvanischen Erdöl und in den Produkten der Synthese von F i s c h e r und T r o p s c h 1 ) . Sie sind die wasserstoffreichsten Kohlenwasserstoffe, die es gibt. Die niedrigsten (gasförmigen) Glieder sind hochklopffest, die mittlerer (flüchtigen) klopfend und die höheren (hochsiedenden) hochklopfend. Paraffinische Gasöle sind darum sehr zündwillig.

• =c o= H

Jso-Oktan Siedepunkt 99,2 °C

Cg Hia spei Gewicht 0,692

Bild 1. Isooktan

Nun reihen sich aber die Kohlenstoffatome keineswegs immer zu einer langen Kette an. Sie können vielmehr auch verzweigte Ketten bilden. Eine besonders schöne solche Verzweigung zeigt das 2-2-4-Trimethylpentan oder Isoctan, das sich in Bild 1 wiedergegeben findet. Es bildet eine Grundlage unserer Klopfleiter, weil es sehr klopffest (O.Z. 100) ist 2 ), während man als Nullpunkt der Klopfleiter das aus einer einzigen Kette von 7 Kohlenstoffatomen bestehende Normal-Heptan benutzt, welches kräftig klopft und in seiner Flüchtigkeit etwa durchschnittlichem Benzin entspricht. Das gleiche Heptan ist übrigens eben wegen seiner Klopfneigung im Dieselmotor sehr zündwillig. Sein naher Verwandter Cetan (C 16 H, 4 ) 3 ) ist so zündwillig, daß man ihn al.i obersten Grenzpunkt der Zündwilligkeitsleiter benutzt hat. Vgl. S. 150 ff 2 ) D a s n o r m a l e k e t t e n f ö r m i g e Oktan ist d a g e g e n natürlich sehr k l o p f f r e u d i g und zündwillig Cetan wird an Stelle des f r ü h e r b e n u t z t e n C e t e n (Ci e H 3 2 ) benutzt, das w e g e n seiner D o p p e l b i n d u n g i m Verhältnis 1 : 0 , 8 6 2 w e n i g e r zündwillig, übrigens aber auch w e n i g e r beständig ist. 100 CaZ = 1 1 6 CeZ.

124

Verzweigte Paraffine sind ganz allgemein viel klopffester als die Kettenparaffine. Bei der Fabrikation ist man also darauf aus, solche verzweigten Paraffine herzustellen, die Benzine zu „alkylisieren". Besonders schön verzweigte Paraffine bilden die überklopffesten Kraftstoffe, welche man in der Natur gar nicht findet und die heute (zunächst für Flugmotoren) synthetisch hergestellt werden. Auch die verzweigten Paraffine folgen hinsichtlich ihrer Zusammensetzung der allgemeinen Formel C n H 2 n + 2 . Auch ihr Siedepunkt steigt mit der Zahl der Kohlenstoffatome. Nun können sich aber zwei Kohlenstoffatome nicht nur mit einer Valenz, sondern auch mit 2 oder 3 Valenzen aneinanderhängen. Dann bleibt natürlich die entsprechende Paarzahl von Valenzen nicht mehr für die Absättigung mit Wasserstoff frei. Solche Kohlenwasserstoffe, die eine solche ..Doppelbindung" enthalten, nennt man „Olefine" oder deshalb ungesättigt, weil bei Aufsprengen einer solchen Doppelbindung zur einfachen Bindung 2 Atome Wasserstoff neu eingefügt werden könnten. Die Doppelbindung hält im übrigen nicht etwa fester als die einfache Bindung, sondern neigt geradezu zu allen möglichen Zersetzungen (z. B. Harzbildung). Die Doppelbindung bedeutet einen Mehrgehalt des betreffenden Kohlenwasserstoffs an Energie1), wie man z. B. an dem dreifach gebundenen Azetylen C 2 H 2 sieht, welches chemisch labiler (explosiv) und viel energiereicher ist als das gesättigte, sonst entsprechende Äthan C 2 H e . H —

H

H

H

H

i l C — C I I

H

I I H

— H

Äthan

H

I | H

C = C

Äthylen

H — C — C — H

Azetylen

Ungesättigte Kohlenwasserstoffe finden sich in vielen Erdölen und entstehen besonders beim Crackverfahren, auch bei manchen synthetischen Verfahren. Soweit die ungesättigten Kohlenwasserstoffe chemisch einigermaßen beständig sind2), sorgt man gern für ihr Entstehen in Otto-Kraft-

Bild 2. D e r Benzol-Sechs-Ring Vgl. Bildungswärmen, Abschnitt 1. ') D u r c h kleine Zusätze bestimmter Chemikalien kann m a n die Beständigkeit, d. h. Lagerfestigkeit, erhöhen oder in anderen Worten ihre N e i g u n g zur Harzbildung abbremsen („Stabilisatoren").

125

weil sie vergleichsweise klopffest zu sein pflegen. Ungesättigte Kohlenwasserstoffe können ihrerseits wieder Kettenkohlenwasserstoffe oder auch mehr oder weniger verzweigte Kohlenwasserstoffe sein. Die Zusammensetzung ungesättigter Kohlenwasserstoffe richtet sich nach der Zahl der Doppel- und Dreifachbindungen. Bei einer Doppelbindung ist die allgemeine Formel CnH2n, bei einer Dreifachbindung C n H 2 n _ 2 usw. .Stoffen,

Noch weiter können die Kohlenwasserstoffe sich aber auch zu R i n g e n zusammenschließen, indem die beiden Enden einer Kette sich unter Verlust von 2 Atomen Wasserstoff zusammenkleben. Besonders gern bilden sich Sechserringe — es kommen aber auch Fünferringe und Sechsermehrfachringe vor. Ringe können auf die verschiedenste Weise miteinander verkoppelt K. W. mit gerader

KW mit gerader

Kette,

Kette

K Wmit verzweig ter Ke t te,

ungesättigt

gesättigt

gesättigt

J-Hfff Normales Spkt69°,

Hexan, C$ Hu 0121,

Ringförmiger

Hexen-1,

0,662

Spkt 62°,

K.W

gesättigt

OZ 80,

C6Ht2 ^

0,673

Ringförmiger

Cyklohexan,

Ol

K.W

101,

C$ Hti f*

0.6¿9

ungesättigt

V

H P

Sern ¡0'.

2-2-Dimethylbutan, Spkt 50".

CeHa

OZ 84,

f'077t

Benzol, C t rtt Sphw.

iiiUl 3 . A u f b a u u n d O k t a n z a h l e i n i g e r

OZ105,

j'.o,«?«

Kohlenwasserstoffe

und mit Abzweigungen versehen sein, so daß die ganze Angelegenheit sehr unübersichtlich für den Nichtsonderfachmann wird. Ist der Ring gleichsam aus einer Paraffinkette durch Zusammenkleben der Enden 1 ) entstanden, so daß seine chemische Zusammensetzung C„H 2 n , d. h. bei dem üblichen Sechserring C 6 H 12 ist, dann ähnelt ein solcher Kohlenwasserstoff in seinem Verhalten den Paraffinen und Olefinen, d. h. dem Benzin. Man nennt diese Stoffe Naphthene. Enthält er aber nur die Hälfte Wasserstoff, was man sich durch drei Doppelbindungen erklären kann (also C„H 2 n _ 6 , z.B. C 6 H 6 ), dann zeigt der betreffende Kohlenwasserstoff vollkommen neuartige Eigenschaften. C 6 H 6 ist z. B. Benzol, welches beim Abbrennen in offener Flamme rußt und im Ottomotor sich sehr klopffest verhält. „Aromatische" Kohlenwasserstoffe, wie man solche Kohlenwasserstoffe mit einem und mehreren Ringen nennt, sind wenig zündwillig und entsprechend klopffest. Man findet sie in der Hauptsache in Steinkohlenölen und erzeugt sie absichtlich bei der Benzinsynthese („aromatisieren"). Die zyklischen Kohlenwasserstoffe mit voller Sättigung (Naphthene) finden sich hingegen in manchen als klopffest bekannten Erdölbenzinen. Tritt in die Kohlenwasserstoffe der zweiwertige Sauerstoff chemisch ein, dann entstehen je nachdem Alkohole, Äther, Ketone oder Säuren. ') U n t e r Verlust von 2 II.

126

H H I I H—C—C—0—H u C,H 5 —0—CJH 5 CH3-C-CH3

(Äthylalkohol) (Äthyläther) (Aceton)

0 CH 3 -C 8 0 Sonstige Ausgiebigkeit Mischbarkeit Kältebeständigkeit (bei Kälte weder Emulsionsbildung, noch Trennung in 2 Schichten, noch Abscheidung von Kristallen) klares Verhältnis zu Wasser (Trennung oder Wasseraufnahme) kein Lacklösevermögen (Fleckenbildung) für die beiden heute üblichen Karosserielackarten (Zellulose u. Kunstharz)

chemische Zusammensetzung

Verdampfungswärme (außer für Rennkraftstoffe)

Hrechungsindex Oberflächenspannung

solche Benzine keinen Kaltstart gestatten. Aber auch „Flugbenzin" oder „Extraktionsbenzin" — von dem geradezu für Kraftwagen gefährlichen „Normalbenzin" oder dem „Wundbenzin" gar nicht zu sprechen — würde sich für den Automotor keineswegs gut eignen1). Ähnlich wird man sich vor dem sog. „Braunkohlenbenzin" in acht nehmen, welches sich bislang noch nicht so weit raffinieren läßt, daß man der Gefahr der Ansaugventilverpiöhung zuverlässig entginge; einen solchen Kraftstoff kann man allenfalls in Zweitaktmotoren fahren, wenn man das häufige Entkohlen von Schlitzen und Auspufftöpfen in Kauf nimmt. *) U. a. wegen Dampfblasenbildung.

155

Benzine (Siede-Bereiche) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Autobenzin Flugbenzin Traktorentreibstoff Dieselkraftstoff (Gasöl) Lackbenzin (Ligroin) Testbenzin W h i t e Spirit Extraktionsbenzine ,,Normalbenzin" (für analytische Zwecke) Wundbenzin D A B Topp-Benzin („straight distfflate")

Autobenzin: in in in in in

+0—200° C 45—160° C 150—300° C 200—350 • C 150—210° C 130—200° C 120—400° C 6 0 — 1 1 0 ° C, 8 0 — 1 3 0 ° C 65—• 95° C 5 0 — 75° C (80%) 35—220° C

(Klopffestigkeitsn)

0 . Z. Deutschland etwa 74 Schweiz 75—78 Österreich 60—76 Holland 72—74 England 70—72 (Sonderkraftstoff 76—78) in USA: Autobenzin (regulär grade) 80—82 Premium-Benzin 90—93 In Deutschland ist zur Zeit (Sommer 1952) das Fahrbenzin alkoholfrei, wohl aber verbleit.

Der Kraftfahrer erhält, wenn er nicht gerade außerhalb von Tankstellen auf eine besondere Benzinart für andere Zwecke hereinfällt oder den heute in Deutschland selten gewordenen Fall des betrügerischen Tankwarts erlebt (welcher z. B. Benzin mit Petroleum „streckt"), im vornherein unter den in Deutschland bekannten Marken ein Benzin, das ihm keine Schwierigkeiten machen wird, und in dem mehr Fürsorge und Arbeit steckt, als man vermuten möchte. Ist doch z. B. meist sogar eine „Sommerware" von einer „Winterware" dahin unterschieden, daß für den Winter der Betrag an leichtsiedenden kaltstartfreundlichen Kohlenwasserstoffen (Gasbenzin, Kohlenwasserstoffe des Treibgases) verhältnismäßig hoch, bei der Sommerware wegen der Möglichkeit der Dampf blasenstörung entsprechend niedriger gehalten wird. So hat Markenware auch nur sehr kleine Mengen von Verdampfungsrückstand (Harz, gum) und gegen die Bildung solcher Harze, welche Ansaugventilverpichung schaffen und die Ölkohlebildung begünstigen können, raffinierte chemische Zusätze hochoxydabler Wirkstoffe, wie Pyrogallol, Aminophenol, Phenylhydracin, Alphanaphthol, Pyrokatechin usw. Ähnlich ist die Siedekurve so richtig abgestimmt, daß leichte Verbrennung und geringe oder gar keine Ölverdünnung erfolgt. Der Schwefelgehalt ist niedrig gehalten oder bei Hydrierbenzin und druckraffiniertem Benzol ganz verschwunden, so daß die — heute selten gewordenen — kupfernen Benzinleitungen, vor allem aber die empfindlichen kupferhaltigen Messinsnetze der Kraftstoffilter nicht korrodiert werden (unter Bildung von schwarzem Schwefelkupfer), —• daß aber auch die Benzinverbleiung durch Schwefel nicht geschädigt wird und die Verbrennungsgase bei Kondensation keine Korrosion durch Schwefligsäure oder Schwefelsäure hervorrufen können. Die von der Verbleiung herrührende Salzsäure ist großenteils flüchtig. Um ausreichende Klopffestigkeit zu erreichen, sind je nach Herstellungsweise besonders klopfstarke Fraktionen herausdestilliert, besonders klopffeste Fraktionen hinzugefügt worden, vielleicht auch klopffestes Benzol oder Klopfbremsen, wie Monomethylanilin. Ganz allgemein enthält aber das heutige Fahrbenzin in Deutschland Blei, wie äußerlich an seiner Färbung — Warnung vor der Giftigkeit des Bleies! — zu erkennen. Die interessante metallorganische Verbindung Tetraäthylblei besitzt die ganz eigenartige Fähigkeit, bei winzigen Zusätzen die Klopferscheinung verschwinden zu lassen 1 ), ähnlich wie Benzol oder Alkohol weitgehend *) Durch Abbrechen von „Kettenreaktionen".

156

klopffest sind und machen, und Eisenkarbonyl (einst im Motalin) und andere Klopf bremsen verschiedener Art vorhanden sind. Blei hat sich trotz seiner Giftigkeit wegen seiner bis heute unerreicht starken Wirksamkeit in der ganzen Welt durchgesetzt. Die ungemein starke Wirksamkeit von Tetraäthylblei zeigt die nachstehend zahlenmäßige Übersicht von J a n t s c h . V e r b e s s e r u n g der K l o p f f e s t i g k e i t v o n 67 auf 77 ROZ 1 ) erforderlicher Zusatz cm1 Kraftstoffe: Keinbenzol Iso-Oktan Iso-Propyläther Aceton Toluol Xylol Äthylalkohol Klopfbremsen: Xylidin Anilin Monomethylanilin Kobaltkarbonyl Nickelkarbonyl Eisenkarbonyl Bleitetraäthyl

420 410 330 270 270 250 125 40 25 15 5,6 2,2 0,9 0,27

Verhältniszahl i m Vergleich zu Bleitetraäthyl

1550 1520 1220 1000 1000 925 460 150 90 55 13 8 3 1

T e t r a ä t h y l b l e i (TEL oder BTÄ) und die B l e i f l u i d e 1. T e t r a ä t h y l b l e i P b (C,H,), Wichte 1,655 Siedepunkt 200° C Gefrierpunkt 156" C Bleigehalt 6+ % sehr giftig, (Bleikrankheit) lichtempfindlich (Niederschlag) 2. D i e Bleifluide (Die ,,Bleizusätze" — c c m / L — beziehen sich n i c h t auf die Fluide, sondern auf den T e t r a ä t h v l b l e i e e h a l t allein). Q-Fluid f ü r Autobenzin (rot) Z u s a m m e n s e t z u n g Gew.-°/o T e t r a ä t h y l b l e i (rein) Athylendibromid Äthylendichlorid Farbstoff Petroleum u. a Chlornaphthalin ( f r ü h e r z. V e n t i l s c h a f t s c h m i e r u n g ) iigenschaf ten Wichte Flammpunkt Erstarrungspunkt TEL-Gehalt ccm/engl. Pfd. . . . Volumverhältnis von F l u i d zu T E L V o l u m a n t e i l des T E L i m Fluid . . Äquivalenz der H a l o g e n e zu Blei .

61,48 17,86 18,81 0,12 1,73 —

1,592 110° C —33» C 169,01 1,6858 0,61 5 0 % Brom + 1 0 0 % Chlor = 1 5 0 % Halogen

1 T-Fluid f ü r 1 lugzeuge (blau)

61,41 35,68 —•

0,05 2,86 —

1,744 110° C —9° C 168,83 1,5405 0,65 1 0 0 % B r o m ==

- 1 0 0 % Halogen 3. B l e i z u s ä t z e : F ü r A u t o b e n z i n w i r d i n D e u t s c h l a n d etwa 0,5 c c m / L T E L oder 0,632 c c m / L Q-Fluid oder 1,056 g / L Q-Fluid angewendet, in a n d e r e n L ä n d e r n ü b r i g e n s bis 0,ti c c m / L T E L F ü r F l u g b e n z i n (blau) w a r i n D e u t s c h l a n d w e n i g e r als 1,2 c c m / L T E L üblich, i n a n d e r e n L ä n d e r n bis 2,0 c c m / L T E L . ') Vgl. Jantsch, S. 75.

157

Die Wandlung des Kraftstoffcharakters durch TEL (wie m a n d a s Tetraäthylblei kurz nennt) ist aber keineswegs kostenlos. IS icht nur istJTetraäthylblei geldlich reichlich teuer — mehriach so teuer z. B. für gleiche Antiklogfwirkung als Eisenkarbonyl —; vor allem bringt die Verbleiung des Benzins als Asche Bleiverbindungen, mithin etwas prinzipiell Unerwünschtes in den zarten und exakten Mechanismus unserer heutigen Motoren. Beim Verbrennen von Bleibenzin verbrennt von Tetraäthylblei der organische Anhang, und es würde Bleioxyd entstehen, welches erst bei 900° C schmilzt und bei sehr hohen, im Motor nicht ernstlich vorkommenden Temperaturen sublimieren würde, falls nicht zwei Parteien sich um das Blei reißen würden. Die eine Partei wird vom TEL-Fluid mitgebracht. Es sind das Verbindungen von den Halogenen Brom und Chlor mit Kohlenstoß', welche ebenfalls verbrennen und das Blei in Bromblei und Chlorblei verwandeln, welche schon bei niedrigen Temperaturen um die 400° C schmelzen und bei etwa 800° C, also der Temperatur unserer Auspuifventile, sich in einen flüchtigen Sublimationsdampf verwandeln. Um recht sicher zu sein, alle nicht freiwillig schon mit den Auspuffgasen pulverförmig herausfliegende Bleiasche als Halogenblei zum Auspuffloch herauszusublimieren, hat man im T-Fluid f ü r Autokraftstoff 50% mehr Halogen zugesetzt als zum Heraussublimieren des Bleies als Bleihalogenid an sich nötig wären, eben immer vorausgesetzt, daß alles Blei vom Halogen gefaßt wird 1 ). Nachdem nun beim Autobleibenzin 150%, bezogen auf das Blei, Halogene da sind, bleiben 50% Halogene unbeschäftigt. Diese treten als Bromwasserstoff und Chlorwasserstoff (Salzsäure) wohl oder übel in Erscheinung und suchen nach Betätigung. Diese Betätigung kann nur darin bestehen, daß sie, soweit sie nicht oberhalb des Taupunktes (ca. 65° C) trocken mit den Auspuffgasen sich entfernen müssen, nach Dingen suchen, welche man anfressen oder korrodieren kann. So ist es kein Wunder, wenn man in mit Bleibenzin betriebenen Motoren im Schmierölsumpf u. a. auch Eisenchlorid, d. h. in Salzsäure aufgelöstes Motoreisen, und auf Eisenteilen braune chlorhaltige Schichten (Eisenoxychlorid) findet2). Aber Bleibenzin ist im übrigen auch auf Schwefel empfindlich, der manchmal in Kraftstoffen in einer Form vorkommt, welche mit dem Tetraäthylblei reagiert. Das hat nicht nur den Erfolg, daß die klopffestigkeitsstärkende Wirkung des Bleies geschädigt wird, sondern darüber hinaus, daß Schwefelblei und schwefelsaures Blei entstehen, welche durchaus nicht bereit sind, bei höherer Temperatur sublimierend sich zu entfernen. Tatsächlich findet man also in unseren Motoren sowohl Spuren unerwünschter Tätigkeit von Halogenwasserstoffsäuren, wie bleihaltige Niederschläge, welche trotz des Überschusses an Halogenen im Auto-Fluid sich nicht mit den Auspuffgasen heraussublimieren ließen. Die gelblichen Niederschläge sind auf Kerzensteinen, in Brennräumen und sogar Auspufftöpfen lästig geworden. Bei der chemischen Analyse haben sie manchmal kaum Halogengehalt gezeigt, sondern sich als Bleioxyd und besonders als Bleisulfat ausgewiesen. Soweit Blei als Bleioxyd und Bleisulfat auftritt, hat es also noch weitere Halogenwasserstoffsäuremengen in Freiheit gesetzt, bzw. auf den Motor losgelassen. Die Bleischwierigkeiten bestanden vor Jahren in erster Linie in durch Salzsäurekorrosion festgerosteten Auspuffventilschäften. Nach dem Übergang zu Silchromstählen, zunächst in ÜSA, heute mehr oder weniger in der ganzen Welt, kann diese Schwierigkeit als überwunden gelten. Damals setzte man als Notschmiermittel f ü r Ventilschäfte dem TEL Chlornaphthalin ') Beim verbleiten Flugbenzin begnügt man sicli mit 1U0 % Äquivalenz der Halogene und benutzt außerdem nicht zu a / 3 das aggressive Chlor, w i e beim Landbenzin, sondern zu 100 % das sanftere, allerdings kostspieligere Brom. a ) Z. B. auch Korrosionen der E n d e n von Auspuffleitungen, wo der Taupunkt (von ~ 65° C) am häufigsten unterschritten und dadurch ein Anfressen praktisch überhaupt erst ermöglicht wird.

158

zu; heute wird dieser Zusatz als überflüssig weggelassen. Aber die freivagabundierenden Halogenwasserstoffsäuren betätigen sich natürlich, im übrigen im Motor. Oberhalb des Taupunktes können sie ähnlich wenig Schaden anrichten, wie schweflige und Schwefelsäure. Unterhalb des Taupunktes kann es allerdings ernstliche Schwierigkeiten durch Korrosionen geben. Solche sind besonders bei Zweitaktmotoren mit Wälzlagern in Erscheinung getreten. Manchmal handelt es sich bei solchen Klagen allerdings nur um gründliche Verpichung von Wälzlagern mit harzigen Abscheidungen (besonders aus wildem Braunkohlenbenzin oder Gaswerksbenzol), welche .'lach Auflösung der Pechverklebung durch passende Lösungsmittel wieder durchaus vergnügt werden. Wirkliche Korrosionen t r a t e n gerade in Wälzlagern und an Zylinderbahnen aber dann auf, wenn der T a u p u n k t unterscLritten wurde und kondensierender Wasserdampf mit Wasserstoffsuperoxyd zusammen das Öl von den Eisenflächen wusch und dann freier Halogenwasserstoff vom T E L her als Bromwasserstoffsäure oder Salzsäure auf den nackten Eisenflächen kondensieren konnte — oder gar Schwefelsäure erschien und sich natürlich dort festfraß. So ähnlich funktioniert auch „trockene Verbrennung". Tatsächlich ist es so, daß in mit Bleibenzin betriebenen Zweitaktern und Viertaktern die Sumpföle stark saure Raektion, Gehalt an Eisenchlorid, Eisensulfat und HPL-Effekte 1 ), zu zeigen pflegen. Abhilfe dagegen sucht m a n durch Sonderöle mit alkalischer Reaktion oder Ionenpufferwirkung 2 ). Betrieblich ist Warmhalten der Motoren über 65° C, d. h. Vermeidung des Taupunktes, von großer praktischer Bedeutung. I n bezug auf den Auspufftopf läßt sich das in der kalten Jahreszeit schlecht durchführen. So gibt es manche Korrosion ums Auspuffloch. Damit sind die Besonderheiten des Bleies keineswegs erschöpft. Blei ist — wie andere Klopfbremsen auch — ein Feinschmecker, weicher gewisse Kohlenwasserstoffkonstitutionen bevorzugt, andere Kohlenwasserstoffe und Kraftstoffanteile abfallen läßt. Es ist eine wesentliche K u n s t der heutigen Benzinfabrikation, „bleiempfindliche" Bestandteile zu bevorzugen und bieiunempfindliche zu beseitigen. Aber auch die theoretisch ja durch die Halogene beseitigte, tatsächlich aber praktisch doch immer wieder regelmäßig vorkommende Bleiasche im Motor macht sich lästig. Zunächst einmal vor allem an der Zündkerze, wo sie Blitzfiguren auf den Steinen, —• feuchte, weil hygroskopische Kriechwege auf den Steinen — und vor allem die berüchtigte Zündstörung durch hauchfeine leitende „ F ä d c h e n " zwischen den Elektroden hervorruft oder begünstigt. Neuerdings h a t Bosch „bleifeste" Kerzen eingeführt. Diese haben nicht nur einen Stein, der noch reiner als die bisherigen Steine aus 99,8% Tonerde (A1203), aus kieselsäurefreiem Sinterkorund besteht, sondern auch durch Neugestaltung des Raumes zwischen Stein und Masseelektrode anders und intensiver „ a t m e t " , um Stein und Elektrodenraum im Pulsieren des Brennraumdruckes frei zu blasen. Weiterhin sind beide Elektroden der Zündkerze aus neuem chromreichen Werkstoff erstellt. Die Masseelektrode ist gegenüber früher massiv und nicht mehr als D r a h t in eine Bohrung eingeschweißt, sondern sozusagen aus der Kerzenmasse herausgewachsen. So werden voraussichtlich die heute besonders bei kleinen Zweitaktern geradezu lästig gewordenen Zündstörungen auf Bleigrundlage wohl zunehmend verschwinden. Von Bosch stammt noch der hübsche Trick, die Masseelektrode der Zündkerze seitlich etwas gegen die Mittelelektrode zu verbiegen, wodurch die Neigung zur Fädchenbildung „pneumatisch" verringert wird. Wettbewerber des Bleies war in Deutschland einst das „Motalin" (Zusatz von Eisenkarbonyl), welches Kerzen und Brennraum mit lebhaft rotem Eisenrot einpuderte. Es ist auch eine metallorganische Verbindung Fe (C0) 5 , eine gelbe, lichtempfindliche und selbstentzündliche Flüssigkeit von 1,43 ') Vgl. Abschnitt S c h m i e r s t o f f e S. 235ff. 8 ) A u c h u n d besonders „ s e l b s t m i s c h e n d e " Zweitaktöle (mit I o n e n p u f f e r n oder Alkalien). Vgl. Abschnitt S c h m i e r s t o f f e S. 2 3 5 f f .

Vorverdünnung,

159

Wichte und einem Siedepunkt von 103° C. Wegen der Selbstentzündlichkeit darf Eisenkarbonyl nicht ohne Zusatz von Schwerbenzin, Gasöl oder dgl. aus der H a n d gegeben werden. D a f ü r ist es praktisch ungiftig. F ü r gleiche Klopfbremswirkung braucht man an Kubikzentimetern mehr, an Aschegewicht aber nicht mehr f ü r gleiche Wirkung, als bei Blei. Eisenkarbonyl bringt Eisenrot in den Motor, — auch einen unerwünschten Aschegehalt, von dem durchaus nicht alles durch die Auspuffgase weggeblasen wird — einiges sich im Schmieröl findet. Immerhin ist Eisenkarbonyl nicht so giftig und bringt vor allem keine Halogenwasserstoffsäuren in den Motor. Die Ethyl-Corporation, E a r l B a r t h o l e m e w , ließ sich unter Nr. 2398282 in USA das Zusammenwirken von Tetraäthylblei und Eisenkarbonyl patentieren, zusammen mit C l i n t o n C r o s s unter Nr. 2546421/422 die Benutzung von „weichen" Kationen und „schmierenden" Anionen in Zusammenhang mit Eisen. Was zunächst die H ä r t e der schleifenden Kationen anlangt, so wird angegeben, daß gegenüber der Eisenoxydhärte von 6,5 nach M o h s die kleineren Ritzhärten nach Mohs von Kalk u n d K u p f e r o x y d von 3,5 sich bei Anwendung entsprechender Zusatzmittel (organischer Zink-, Kalk- und Kupferverbindungen) durch Verringerung der Kolben- und Zylinderabnutzung bezahlt machten. Das nächste P a t e n t schmiert s t a t t des Kations den Schwanz, das Anion. Triäthylphosphate, T r i c r e s y l p h o s p h a t e sollen bei Eisenkarbonylzusatz die Schleifwirkung des entstandenen Eisenrotes bis zur Unschädlichkeit herabsetzen. Interessant dabei — Phosphorsäure ist nach den Erfahrungen im Drahtziehen und Blechpressen 1 ) ein ausgezeichnetes Grenzschmiermittel — ist nicht einmal so sehr der chemische Inhalt dieser Patente, als die Tatsache, daß es anscheinend nicht ganz ausgeschlossen sein dürfte, daß Eisenkarbonyl einst die ungiftige 2 ) und säurefreie Nachfolge des Bleies antreten wird.

2. Benzol und Benzin-Benzol-Gemische Nach dem ersten Weltkrieg wurde das Benzol durch straffe Qualitätsnormung vom billigen Benzinersatz zum Edelkraftstoff BV-Benzol entwickelt 3 ) und in Mischung mit Benzin — als Benzin-Benzol-Gemische, wie Aral (ROZ > 85), mit Klopfziffern von zur Zeit ROZ über 80 zum zweiten deutschen Kraftstoff, dem gegenüber Benzin teueren und besseren, verwendet. Klopffestigkeit, volumetrischer Energiereichtum und Leichtflüchtigkeit waren von je besondere Vorzüge des Benzols, zu denen neuerdings beim druckraffinierten Benzol die vollkommene Schwefelfreiheit k o m m t . Der höhere Preis der Benzin-Benzol-Gemische rechtfertigt sich mithin durch höhere Reinheit, Ergiebigkeit und Klopffestigkeit und leichtere Vergasbarkeit. Bei dem nicht leicht erhältlichen, aber f ü r Sonderzwecke oder zum Selbstmischen von Rennkraftstoffen (vgl. K 3, 4) benötigten Benzol kann man beim Bezug auf unsicheren Wegen Schwierigkeiten haben. Beispielsweise k o m m t vereinzelt ungereinigtes „Gaswerksbenzol" vor. Weiter werden sogar Braunkohlenbenzine auch gelegentlich als „Benzol" verkauft. Schließlich wurden höhersiedende Benzole, auch vom schwarzen, grauen und leicht angetrübten Handel als wildes „Motorbenzol" vertrieben. N i c h t u m s o n s t h a t der Benzol-Verband vor n u n m e h r ü b e r 25 J a h r e n das BV-Benzol g e n o r m t . W e r das n i c h t w e i ß oder sich d a r u m n i c h t k ü m m e r t , d e r soll sich ü b e r v e r pichte Ansaugventile, Betriebsstörungen u n d R e p a r a t u r r e c h n u n g e n n i c h t w u n d e r n . l

) Bondern u n d A t r a m e n t i e r e n . ) Bislang sind die aus d e m A n s t r e i c h e r g e w e r b e d u r c h Ablösung des Bleiweißes durch Lithopone u n d T i t a n w e i ß v e r t r i e b e n e n B l e i v e r g i f t u n g e n e r f r e u l i c h e r w e i s e w e d e r bei T a n k w a r t e n , noch Verkehrs-Schupos, noch R e p a r a t u r m e c h a n i k e r n a u f g e t r e t e n . Bleifreiheit w ä r e aber doch b e r u h i g e n d e r . D i e Atlantikflieger K ö h l , v. H ü n e f e l d u n d F i t z m a u r i c e w ä h l t e n f ü r i h r e n ersten erfolgreichen A t l a n t i k f l u g BV-Benzol als Kraftstoff. „Benzol m a c h t g u t e s B e n z i n besser". a

160

Zweitakter sind nicht so empfindlich auf „wilde" Benzole, Homologen und „Braunkohlenbenzol", als Viertakter, bei denen Verklebungen der Ansaugventilschäfte und Verbrennungen der Auspuffventile sehr rasch eintreten können. Aber selbst gegenüber der BV-Qualitätsebene der 25er Jahre ist das BV-Benzol neuerdings durch die Druckraffination 1 ) auf eine noch höhere Ebene gehoben worden. Im neuen BV-Benzol2) gibt es überhaupt keinen Schwefel mehr, und selbst der Schwanz des neuen BV-Benzols ist vollständig hydriert und dadurch gesellschaftsfähig. Das Schwefel- und aschefreie neuzeitliche BV-Benzol bedeutet sozusagen den Beginn einer neuen Ära auf dem Parkett der klopffesten Kraftstoffe. Bis dahin wurde die Raffination von Benzol mit Schwefelsäure, Laugenach wasche und Redestillation bewirkt, wobei die Harzbildner, wie Zyklopentadien, zu Säureharz sich polymerisierten und bei der Redestillation „Cumaronharz" zurückblieb. Insgesamt tritt dabei ein Verlust von u m die 10% ein.

Die chemische Industrie beansprucht steigende Mengen Benzol f ü r die Herstellung von Farben, Pharmazeuticis, Buna, Nylon, Kunstharzen usw. Trotzdem kann man in Deutschland zur Zeit (Sommer 1952) nicht von einer Benzolknappheit sprechen. 3. Alkohole und Alioholgemische In Deutschland sind heute Alkohole und Alkoholgemische als Ottokraftsto i e nicht üblich, obwohl es in Zeiten der Kraftstoinot spiritushaltige Gemische gegeben hat, auch lange Zeiten hindurch zur Unterstützung der Landwirtschaft solche Gemische unter einem „Spiritusbeimischungszwang" gefahren worden sind. Der Unterschied zwischen Spiritus und Alkohol ist einer des Wassergehaltes. Primasprit (Spiritus) enthält 5 vol.% Wasser, „hochgestärkter" (absoluter) Alkohol weniger als 1%. Spiritus bedarf, um sich mit Benzin gut zu mischen und kältefeste Gemische zu bilden, der Lösungsvermittler (in erster Linie des Benzols); absoluter Alkohol ist mischungsfest. Lange Jahre hindurch gab es auch „Monopolin" der Reichskraftsprit- Gesellschaft, ein Benzin mit 20% Alkohol. Synthetisch wird jetzt (durch Reppe-Chemie oder auch aus Koksofengas-Äthylen) sowie durch Vergärung von Sulfitablauge und Holzabfällen Spiritus billiger hergestellt als in der Landwirtschaft. Alkohole allein, insbesondere auch der synthetisch billig herzustellende und der Monopolverwaltung nicht unterhegende Holzgeist (Methanol) werden als Kraftstoffe nicht gefahren, obwohl sie sehr hohe Hubraumleistungen liefern können, weil sie wegen ihrer großen Verdunstungswärme keinen Kaltstart ohne besondere Tricks oder Beimischung von Benzin gestatten, auch wegen ihres kleinen Heizwertes hohen Literverbrauch bedingen. Alkoholhaltige Kraftstoffe sind an sich beim Kraftfahrer nicht unbeliebt, weil sie sehr sauber — angeblich zuweilen sogar „trocken" — verbrennen. Aus Kriegsgründen hat die Schweiz im zweiten Weltkrieg mit Paraldehyd der chemischen Fabrik Lonza als Benzinzusatz das „Emser Wasser" eingeführt (vgl. S. 110), das auch im Frieden jeden Winter gefahren werden muß, um die Paraldehyd-Werke in Betrieb zu erhalten. In Südafrika, Indien, Südamerika und anderen Gegenden mit billigen vergärbaren Stoffen sind Spiritusgemische und alkoholhaltige Kraftstoffe dauernd üblich. Wesentlich für Alkoholbetrieb ist hohe Betriebstemperatur des Motors zur Vermeidung essigsäurehaltiger Kondensate der besonders wasserreichen Verbrennüngsgase. >) Vgl. S. 147 und 149. *) Und im neuen „Arsol", druckraffiniertem Lösungsbenzol für chemisch technische Zwecke. 11

A T H I, 17. Aufl.

161

4. ßennkraitstoffe Außer hohem Verdichtungsverhältnis gibt es drei verschiedene Wege dazu, die Arbeitsleistung jeder einzelnen motorischen Verbrennung durch Vergrößerung des in jedem Arbeitstakt verbrannten Kraftstoffgewichtes zu steigern: a) Verdichtung des zugeführten Gemisches bzw. der Verbrennungsluft durch mechanisch arbeitende „Kompressoren" (z. B. Rootsgebläse oder RadialKapselwerke). Durch mechanische, gegebenenfalls mehrstufige Verdichter und Zwischenkühlung zur Beseitigung der Verdichtungswärme läßt sich das Füllungsgewicht immerhin multiplizieren 1 ). b) Teilweiser oder vollständiger Ersatz der Verbrennungsluft durch Sauerstoff. Da L u f t nur etwas über 20% Sauerstoff enthält, mithin durch den mitzuschleppenden toten Luftstickstoff sozusagen 1 : 5 verdünnt ist, bedeutet voller Ersatz der L u f t durch Sauerstoff theoretisch die Möglichkeit, die etwa öfache Kraftstoffmenge im Zylinder je Arbeitshub zu verbrennen, also etwa die 5fache Leistung zu erzeugen. Die dabei entstehenden hohen Drucke und Temperaturen machen allerdings, ganz abgesehen von der Neigung reinen Sauerstoffs zu manchmal nicht ungefährlichen Feuerwerksscherzen, diesen „chemischen Kompressor" nicht ungefährlich. D ü r k o p p jr. erreichte aber immerhin durch dieses Verfahren (mitgenommene kleine Sauerstoffflaschen) vor einem Vierteljahrhundert auf Reichsfahrten Rekordzeiten f ü r kurze Schnelligkeitsprüfungen. Auch wird das Verfahren (worüber z. B. Prof. H o l f e l d e r , Paris, auf der Kölner Otto-Tagung 1951 berichtete) bei Kreislaufmotoren z. B. f ü r Unterwasserbetrieb mit Erfolg angewendet, wo nicht Frischluft, sondern gekühltes Auspuffgas vom Motor angesaugt und durch Sauerstoffzusatz aufgewertet wird. c) Besonders einfach und ungefährlich ist aber das Anstreben von Mehrleistungen durch sog. „Rennkraftstoffe". Diese haben meist gar keinen besonders hohen Heizwert, wohl aber eine sehr große Verdampfungswärme, so daß das angesaugte Gemisch sehr kalt und zum Teil noch als unverdampfter Nebel in den Verbrennungsraum tritt, mithin ein ungewöhnlich hohes Füllungsgewicht an Gemisch ergibt, wobei zusätzlich noch der geringe Heizwert meist von einem entsprechend geringen Luftbedarf begleitet wird und insgesamt ganz erstaunlich gute Wirkungen sich ergeben. C jifQ[

Abkühlung des Gemisches ohne Wärmezufuhr nach Rechnung M Melh

Endtemperatur des Gemisches im Motor

liild 1. E i n f l u ß d e r V e r d a m p f u n g s w ä r m e e i n i g e r K r a f t s t o f f e a u f die G e m i s c h t e m p e r a t u r ') N a c h B ü c h i A u f l a d u n g d u r c h v o m Auspuff a n g e t r i e b e n e Kreiselgebläse, — b e s o n d e r s g ü n s t i g bei D i e s e l m o t o r e n m i t i h r e n n i e d r i g e n A u s p u f f g a s t e m p e r a t u r e n .

162

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D e u t s c h e B e s c h a f f e n h e i t s b e d i n g u n g e n für VK und D K 1. VK Reinheit

Der Kraftstoff muß klar, frei von ungelöstem Wasser und festen Fremdstoffen sein und darf Kupfer nicht angreifen Dichte/15 ° C nicht unter 0,710 Klopffestigkeit (Oktanzahl neue Research-Methode) nicht unter 72 Siedeverhalten bis 75» bis 100% bis 200% Dampfdruck/Reid kg/cm 2 Abdampfrückstand/220 » C mg/100 cm» Gesamtschwefel Bleitetraäthyl

. . . .

Sommer 10% über 30% über 95%

Sommer 0,30 bis 0,65 55» C 180 bis 380» C höchstens 65 Vol. % mindestens 90 Vol. % über 40 nicht über 0,1 Gew. %

. . . .

nicht über 0,02 Gew. % nicht über 1,0 Gew. % 1,1 bis 1,85 Engler nicht über 4 m g — Gewichtsab[nahm e nicht über minus 10° C nicht über minus i 5» Cbis minus 12« C

217

USA-Vorschriften ' A.S.T.M. D 439 — 48 (T) Ottokraftstoffe A Flüchtigkeit Siedeverhalten

. . . .

10 % - P u n k t 50°/0-Punkt Rückstand . Dampfdruck

0

C

. . . . »C . . . . «C . . .Vol.-% (Reid) k g / q c m

Oktanzahl M M - F ,

regulär premium Aktiver Schwefel ( K u p f e r streifentest) G u m (A.S.T.M. D 381) m g / 1 0 0 ccm Gesamtschwefel 1940 . . . .

B

C

höher geringer normal Sommer Winter S o m m e r W i n t e r Sommei W i n t e r Übergang Übergang Übergang < 60 65 70 < 75 < 60 65 70 < 140 < 125 < 140 < 2 < 2 < 2 < 0,950 < 0,667 < 0,950 < 0,667 < 0,950 < 0,667 < 0,810 < 0,810 < 0,810 < 70 < 50 < 70 — < 77 < 77 negativ (Anlauffarben zulässig) < 5

0,25

< 5 —

< 5 —

A n f o r d e r u n g e n an S t e i n k o h l e n t r e i b ö l für D i e s e l m o t o r e n der K o h l e n w e r t s t o f f A.-G., G r u p p e V e r t r i e b f ü r T e e r e r z e u g n i s s e , B o c h u m (Zerbe, S. 1072ff) W i c h t e bei 20» C 1,02—1,08 g/ccm Siedegrenzen (Kupferkolben) bis 300° C 5 0 — 6 5 % . F l a m m p u n k t i m offenen T i e g e l ü b e r 65 0 C. Satzfreiheit n a c h 2 4 - s t ü n d i g e m S t e h e n bei 0 0 C. Chlor u n t e r 0 , 0 1 % . Schwefel u n t e r 1 % . Verkokungsrückstand n a c h Conradson u n t e r 2 % . Wasser u n t e r 0 , 5 % . Xylolunlösliches u n t e r 0 , 2 % . Asche u n t e r 0 , 0 2 % . U n t e r e r H e i z w e r t etwa 9000 Kcal/kg.

Temperaturmessung durch Thermochrom und Thermocolor Faber-Castell bringt Farbstifte heraus, welche gemäß nachstehender Tabelle durch Farbumschlag bestimmte Temperaturen erkennen lassen (z. B. Dunkelbraun in Rot = 350° C). Wesentlich ist dabei, daß nicht der kalte Gegenstand, sondern der heiße Gegenstand mit dem Stift bestrichen wird; sonst tritt der Farbumschlag u n t e r der aufgedruckten Temperatur ein. Die temperaturempfindlichen Stoffe der Thermochrommeßstifte sind irreversibel: Der einmal eingetretene Farbwechsel bleibt bei Abkühlung bestehen. Umschlagtemperatur 670° 600° 500" 450° 410° 350° 320° 300° 280» 200° 150° 120° 100" 75° 65»

218

C C C C C C C C C C C C C C C

Stiftfarbe dunkelgrün blau ziegelrot rosa weiß dunkelbraun blaugrün hellgrün dunkelgrün hellgrün lichtgrün hellveil gelbrosa kreß veil

Umschlagfarbe weiß weiß schwarz schwarr gelb rot weiß braun schwarz schwarz dunkelveil grün blau grün hellgrün

Üb ersieht über Thermocolore Umschlagtemperatur 0 C

Ausgangsfarbe

Umschlagfarbe

60 80 95 110 140 165 175 220 290 340 440 560

mit 1 Umschlag rosa hellgrün rosa rosa gelb purpur blaugrün weiß grün gelb weiß grün rot

65 145 145 220 190 530 55 85

mit 2 Umschlägen hellrosa hellblau graugrün gelb blaugrün gelbbraun rosa lila

hellblau hellbraun gelb schwarzbraun gelbbraun schwarz lila blau

65 145 220

mit 3 U m s c h l ä g e n graugrün hellblau olivgrün

hellblau olivgrün schwarzbraun

65 145 220 340

mit 4 Umschlägen hellgrün hellblau gelb schwarz

hellblau gelb schwarz schwarzbraun

+0

blau blau blau lila violett blau schwarz braun braun rotbraun braun weiß gelb

Die mit Spiritus als Lösungsmittel durch Pinsel oder Spritzpistole aufzutragenden Thermocolore sind ebenfalls in der Regel irreversibel, hingegen zum Teil empfindlich auf Feuchtigkeit. Über die Ausgiebigkeit ist zu sagen, daß 1 kg Farbe f ü r 9—14 qm ausreicht. Die Ausgangs- und Umschlagfarben weichen von denen der Thermochromstifte stark ab. Insbesondere gibt es Thermocolorfarben mit 2, 3 und sogar 4 Farbwechseln für entsprechende Temperaturen, wie vorstehende Übersicht zeigt: Die Farbmessung der Temperaturen ist sehr bequem und erstaunlich genau. Sie wird zunehmend •— z. B. zum Studium der Luftkühlungsvorgänge — benutzt.

7. Umgang mit Kraftstoffen Lagern, Mischen, Messen, Löschen Als hochwertige Energieträger können Kraftstoffe — durch Brand und Explosion — auch Unheil anrichten. Wie bei Starkstrom, Stadtgas usw. verringert sachliche Aufklärung der Verbraucher die denkbaren Gefahren. Tatsächlich sind ernstere Unfälle mit Kraftstolen so selten, daß man die Sicherheitsvorschriften nicht verschärfen mußte, im Gegenteil mildern konnte (Sicherheitsnetze in Fahrzeugtanks, Kiestöpfe bei Pumpen, Schutzgasverfahren usw.). Volle Kraftstoffbehälter — Fässer, Fährzeugtanks usw. — sind ungefährlicher als angeblich „leere", welch letztere in Wirklichkeit aus KraftstoT219

Üb ersieht über Thermocolore Umschlagtemperatur 0 C

Ausgangsfarbe

Umschlagfarbe

60 80 95 110 140 165 175 220 290 340 440 560

mit 1 Umschlag rosa hellgrün rosa rosa gelb purpur blaugrün weiß grün gelb weiß grün rot

65 145 145 220 190 530 55 85

mit 2 Umschlägen hellrosa hellblau graugrün gelb blaugrün gelbbraun rosa lila

hellblau hellbraun gelb schwarzbraun gelbbraun schwarz lila blau

65 145 220

mit 3 U m s c h l ä g e n graugrün hellblau olivgrün

hellblau olivgrün schwarzbraun

65 145 220 340

mit 4 Umschlägen hellgrün hellblau gelb schwarz

hellblau gelb schwarz schwarzbraun

+0

blau blau blau lila violett blau schwarz braun braun rotbraun braun weiß gelb

Die mit Spiritus als Lösungsmittel durch Pinsel oder Spritzpistole aufzutragenden Thermocolore sind ebenfalls in der Regel irreversibel, hingegen zum Teil empfindlich auf Feuchtigkeit. Über die Ausgiebigkeit ist zu sagen, daß 1 kg Farbe f ü r 9—14 qm ausreicht. Die Ausgangs- und Umschlagfarben weichen von denen der Thermochromstifte stark ab. Insbesondere gibt es Thermocolorfarben mit 2, 3 und sogar 4 Farbwechseln für entsprechende Temperaturen, wie vorstehende Übersicht zeigt: Die Farbmessung der Temperaturen ist sehr bequem und erstaunlich genau. Sie wird zunehmend •— z. B. zum Studium der Luftkühlungsvorgänge — benutzt.

7. Umgang mit Kraftstoffen Lagern, Mischen, Messen, Löschen Als hochwertige Energieträger können Kraftstoffe — durch Brand und Explosion — auch Unheil anrichten. Wie bei Starkstrom, Stadtgas usw. verringert sachliche Aufklärung der Verbraucher die denkbaren Gefahren. Tatsächlich sind ernstere Unfälle mit Kraftstolen so selten, daß man die Sicherheitsvorschriften nicht verschärfen mußte, im Gegenteil mildern konnte (Sicherheitsnetze in Fahrzeugtanks, Kiestöpfe bei Pumpen, Schutzgasverfahren usw.). Volle Kraftstoffbehälter — Fässer, Fährzeugtanks usw. — sind ungefährlicher als angeblich „leere", welch letztere in Wirklichkeit aus KraftstoT219

werten und Luft leicht explosive Gemische bilden können, welche bei Zündung den Behälter zerstören. Darum dürfen z. B. eiserne Kraftstofffässer aller Art nur nach Füllung mit Wasser an der freien Blase (unter Offenhalten der Füllöffnung) oder nach Sicherung mit fester Kohlensäure oder dgl. geschweißt oder gelötet werden — Fahrzeugtanks entsprechend. Ein voller Behälter wird nur dann gefährlich, wenn bei druckfestem Verschluß äußere Wärme Kraftsto 'f verdampft und den Behälter zerknallt. Aus offener Füllö Inung herausbrennende Kraftstoffbehälter lassen sich leicht durch Luftabschluß löschen. In Krieg und Frieden müssen oft größere KraftstoTmengen — unbeschadet der Zinskosten — auf längere Zeit gelagert werden; etwa jährliche Auswechselung ist zu empfehlen. Auch im Rahmen des normalen Umschlags von Rohkraftstoffen und Fertigerzeugnissen läßt sich ein Lagern in großem Umfange natürlich nicht vermeiden. Der Bau und Betrieb von schmiedeeisernen Tanks und ihre Sicherung gegen Feuerschäden ist eine Wissenschaft f ü r sieh geworden. Heute werden Tanks zum Zwecke der Fernhaltung der Sonnenwärme gern aluminiert. Ihr Atmen wird von Überdruck- und Unterdruckventilen (mechanisch oder hydraulisch geregelt und z. B. durch eine absorbierende oder adsorbierende Gaskehle zugute gebracht. Eingebaute Anagen f ü r Feuerschutz durch Schaum und andere neuzeitliche Mittel sorgen für Sicherheit. Während des Krieges und wohl auch heute hat man in den nordischen Ländern, in Frankreich, in Italien und der Schweiz verschiedene Wege beschritten, um große Kraftstoffmengen möglichst billig und verlustarm zu lagern. Ein von den Franzosen entwickeltes überraschendes Verfahren beruht darauf, daß trockener Beton zwar nicht undurchlässig f ü r Kohlenwasserstoffkraftstoffe ist, nasser Beton jedoch vollkommen. Naß gehaltene Betontanks sind mithin dicht. Ihre Auskleidung mit Aluminiumfolie war und ist durchaus fehl am Ort. Interessieren mag das u. a. von den nordischen Ländern angewandte Verfahren, in toten Bergwerken, Tropfsteinhöhlen usw. nach entsprechender Abdichtung Benzin auf Wasser zu lagern. Läßt man den Wasserspiegel steigen, fließt das Benzin aus. Verdampfungsverluste oder Verunreinigungen durch Eisenkorrosion gibt es nicht. Ähnlich elegant ist das Verfahren der Benzin-Taucherglocke, welches von den Italienern an der Meeresküste, von den Schweizern im Vierwaldstättersee angewandt worden sein soll und darauf beruht, daß man das Benzin in eine Art von Taucherglocke hineinpumpt, welche im Meer oder anders unter Wasserspiegel angeordnet ist und nach Maßgabe der Füllung mit Benzin das Wasser verdrängt. Eine solche Lagerung hat kein Kraftstoffdampf-Luft-Gemisch oberhalb des Kraftstoffspiegels, im Gegenteil selbsttätigen Kraftstoffausfluß unter mäßigem Druck. Das M i s c h e n von Kraftstoffen ist eine technische Operation, weil einmal erfolgreich gemischte Kraftstoffe sich zwar nie wieder entmischen können, wohl aber der Mischvorgang selbst keineswegs so rasch verläuft, wie man sich häufig vorstellt (vgl. S. 140). Für jedes Mischen — ob von Kraftstoffen, Schmierölen, Zweitaktmischungen oder auch Kraftstoff mit Luft im Vergaser usw. — ist die M i s c h u n g s r e g e l von fundamentaler Bedeutung. Diese besagt, daß man beim Mischen von A + B unklug tut, wenn man die Mischungsbestandteile zusammenfügt und dann durch Umrühren oder Umpumpen zu mischen versucht. Viel rascher und qualitativ besser zum Ziel führt das Verfahren des „scheibchenweise abgehackten Hundeschweifs", d. h. die Anwendung der „Stufenregel", daß man nämlich Vorgemische aus der Gesamtmenge des einen Bestandteiles und einem Anteil des zweiten Bestandteiles herstellt und dieses Vorgemisch mit dem Rest des zweiten Bestandteiles zusammenbringt. Auf diese Weise werden z. B. die äußerst empfindlichen (pulverigen) homöopathischen Verreibungen in wiederholten Mischstufen hergestellt. Auf diese Weise stellt der erfahrene Zweitaktfahrer seine 4% igen Ölmischungen 220

her, ganz besonders im Winter, wenn er kein selbstmischendes oder dünnes Öl, sondern (veraltet!) ein dickes, bei Kälte honigartiges ö l verwendet. Diese Stufenregel ist auch die Erklärung dafür, daß in den neuzeitlichen Vergasern die sog. Bremsluft nicht nur die Dosierung regelt, sondern darüber hinaus die Qualität des vom Vergaser gelieferten Gemisches ganz erheblich verbessert (vgl. auch „Mischungsrechnung" S. 214 und „Mischen" S. 14C). E s kommen noch sehr merkwürdige Dinge hinzu, über die man bei H a m m e r i c h 1 ) nachlesen kann. Zunächst einmal ist schon die Wichte eines Kraftstoffs bei Großumschlag nicht genau genug bestimmt, insofern als der nach dem archimedischen Prinzip wirksame Auftrieb in L u f t von 1,2 mg/ccm nicht berücksichtigt ist. Das gibt für Wichten von 710 = 4 / 1 0 0 0 0 , für Wichten von 710—790 = 3/100oo u n ( l für Wichten von über 780 = 2/ioooo positive Korrektur. Weiter kommt die Temperaturkorrektur hinzu, welche je Grad Celsius bei Benzin 84/i0oooo> bei Benzol 103/i0oooo> bei Methanol und Äthanol 94/looooo b z w - 86/iooooo ausmacht. E s kommt noch überraschend hinzu, daß beim Mischen von Benzin und Benzol z . B . nicht nur Wasser ausfällt, wenn beide Kraftstoffe wassergesättigt waren, sondern das Gemisch ein wenig mehr Volum einnimmt, als der Summe der Komponenten entspricht 2 ). Was das M e s s e n von größeren KraftstoTmengen anlangt, so haben sich hierfür verschiedene Kolbenmesser, die Siemens-Uhr (Ringkolbenmesser) und der Ovalradzähler von Bopp & Reuther neben dem unvermeidlichen Peilstab bewährt. Uhren verlangen sehr sauber arbeitende Vorfilter und klemmfreie Montage. Der T r a n s p o r t von Rohkraftstoffen und Fertigerzeugnissen erfolgt außer durch Rohrleitungen durch Tankautos, Eisenbahnkesselwagen und Tankkähne. Die Autokesselwagen haben sich im 18 cubikmetrigen Sattelschlepper zu sehr beachtlichen Einheiten entwickelt. Wie im einzelnen durch Befördern in irgendwelchen Einheiten oder durch kontinuierliches Leiten in Rohren (vgl. Abschnitt 2) die Flächendisposition der verschiedenen Rohstoffe und Kraftstoffe am günstigsten gestaltet wird, darüber läßt sich Allgemeingültiges schwerlich sagen. Daß Wasserumschlagstellen sich der zwar zeitraubenden und zinsenfressenden, im übrigen aber billigen Schifffahrtfracht erfreuen, bedarf ja keiner besonderen Erwähnung. Auf großen Sattelschleppern wird übrigens keineswegs nur flüssiger Kraftstoff, sondern z. B. auch in Hochdruckkesseln (350 atü) Methan transportiert, im Wettbewerb zu den Hochdruck-Methanleitungen (350 atü), welche es im Ruhrgebiet gibt, und als Ergänzung der Hochdruckmethan tanklager, welche man auch im Ruhrgebiet findet. Aufmerksamkeit verdienen sowohl beim Lagern, wie beim Mischen, Messen und Befördern von Kraftstoffen die Leck- und Verdampfungsv e r l u s t e aller Art, auch die im Kraftfahrzeug. Sie sind, wie gelegentliche Untersuchungen gezeigt haben, immerhin so hoch, daß es sich lohnt, sie zu verringern. Kraftstoffe können durch Brennen und Explodieren Unheil anrichten. Darum ist das L ö s c h e n von Kraftstoffflammen so wichtig. Bedenken muß man dabei, daß Permagas und Methan, welche Undichtigkeiten entweichen, nach oben streben und dort Gefahren schaffen, wohingegen Flüssiggas und Dämpfe von allen flüssigen Kraftstoffen auf. dem Boden hinkriechen und hier selbst auf erstaunlich weite Entfernungen — besonders auch in Kanälen aller Art —• Fernzündungen hervorrufen können. Bei Explosionen ist hinterher nichts zu machen; sie sind schon vorbei, wenn man sie und ihre Folgen merkt. Gegen Explosionsgefahr hilft Lüften, und nichts besser als Lüften. Gegen brennende flüssige Kraftstoffe hilft Abschneiden der Luft, also Schaum, das sog. „nasse", d. h. durch Netzmittel wirksamer gemachte zerstäubte Wasser, ferner die erstickende Kohlen') Vgl. Zerbe, „ M i n e r a l ö l e " , S. 487£f. >) Vgl. H a m m e r i c h , Zerbe, S. 487/488.

221

säure, sowie Chlorkohlenwasserstoff-Verbindungen, BromkohlenWasserstoff Verbindungen u. dgl. Dinge, welche die Luft fernhalten. Bei Tankgroßbränden treten aber alle solche Maßnahmen gegenüber der Frage zurück, ob man durch Anbohren des Tanks und Wegpumpen von möglichst viel Kraftstoff der Gefahr die Nahrung zu nehmen vermag. Bei Chlorkohlenstoflverbindungen, insbesondere bei Tetrachlorkohlenstoff als Löschmittel, muß man vorsichtig sein, weil hierbei giftiges Phosgen sich bilden kann. Sie sollen deshalb in geschlossenen Räumen nicht Verwendung finden. — Sehr empfohlen wird das Löschvermögen von Ammoniaklösung (Salmiakgeist); dieses Löschmittel hat ja aber bekanntlich einen beißenden und das Sehen erschwerenden Geruch.

Leiten von Kraftstoff Grundsätzlich ist eine Leitung der Beförderung in Kanistern, Fässern, Kesselwagen und auch Biesensattelschleppern überlegen, weil eine Leitung Tag und Nacht still und unausgesetzt laufen kann und so erstaunlich hohe Transportleistungen unauffällig bewirkt. In Leitungen werden Rohgase und Reingase befördert. Die RuhrgasGesellschaft ist dadurch bekannt, daß sie Deutschland durch ein ausgedehntes Rohrnetz mit reinem Ruhrgas versorgt. Außerdem gibt es z. B. Hochdruckgasleitungen, welche rohes Erdgas nach dem Revier führen, und Reinmethanleitungen von z. B. 350 atü Druck, welche im Ruhrgebiet BV-Methan an die verschiedenen Zapfstellen und Methanhochdrucklager verteilen (S. 169). Viel bekannter sind die Rohöl-Pipelines von den Vereinigten Staaten, auch von den arabischen Gebieten her, durch welche Rohöl in großen Mengen, z. B. von den Ölfeldern zu den Häfen fließt. Solche Rohölleitungen im Kleinen baut man neuerdings in Deutschland, z. B. von Duisburg zu dem Gelsenkirchener Hydrierwerk, „mehrgleisig" z. B. (Shell) in Harburg unter der Süder-Elbe. Endlich gibt es noch Pipelines f ü r Fertigerzeugnisse, so z. B. die, welche die Alliierten über den Kanal von England nach Frankreich anläßlich der Invasion legten, und wie sie vielleicht zunehmend sich zur Versorgung der Zwischenlager von Otto- und Dieselkraftstoffen aus den Erzeugerstellen, vielleicht später einmal auch zur Versorgung von Zapfstellen aus den Zwischenlagern entwickeln werden.

Tankstellen und Tanken Die Tankstellen sind zu dem geworden, was vor hundert und mehr Jahren einstmals die „Gasthöfe zur Post" gewesen sind, d. h. solche Flecken Erde, wo der Kraftfahrer Futter f ü r seine Pferde, Verständnis f ü r seine Nöte, dazu mehr oder weniger Versorgung seiner selbst findet. International befindet sich das Tankstellenwesen in einer aufregenden Entwicklung. Kaufte man früher einmal Benzin in der Apotheke, Benzol und Dieselkraftstoff auf abgelegenen Lagerhöfen, so findet man heute in den Ortschaften, an den Landstraßen und an den Autobahnen Tankstellen verschiedenster Ausrüstung und Einrichtung. Das geht von der (aussterbenden) einfachen Tankstelle — die womöglich noch von einem weder fachkundigen, noch interessierten Friseur, Zigarrenhändler oder Gastwirt bedient wird — bis zum Autobahn-Rasthaus, welches neben allen Bequemlichkeiten f ü r das Fahrzeug Nahrung und Unterkunft f ü r Fahrer und Insassen liefert, und dazu noch Waschen, Abschmieren des Wagens und womöglich noch mehr. Eine Philosophie der Tankstelle dürfte noch nicht geschrieben sein. Im Gegenteil sind die verschiedenen Interessenten und Interessenten-Organisationen sehr verschiedener Meinung darüber, wie weit der von USA aus nach Europa vordringende „Tankstellenhandel" (mit Reifen, Batterien usw.) zweckmäßig ist, wie weit die Reparaturhilfe des Tankwarts gehen darf. Da hilft Überlegung 222

nicht weit gegenüber der praktischen Entwicklung der Dinge. Man wird abwarten müssen und im übrigen hoffen, daß kein Mensch etwas dagegen haben wird, wenn der Tankwart kameradschaftliche Hilfe zur Fahrfähigkeit und Fahrsicherheit leistet, wenn im übrigen auf dazu geeigneten Tankstellen Schokolade, Tabak und Erfrischungen zu haben sind, soweit eben nicht etwa ein Rasthaus wirklichen Gasthausbetrieb der Tankstelle nahe bringt. Luftüberschultzahl

ftaumteile

10 3,0

Meth

i,5 .

Bi Älh

1,5

0

I

1 Meth

Äth

Bi

Bild^l .^Untere£Zündgren7e Zündfähiges Benzin-Luft-Gemisch

Unentzündliches, mageres Benzin -Luft-Semisch

Bild 2. F e u e r s g e f a h r b e i m T a n k e n

Über die zweckmäßige Verteilung und Anordnung von Tankstellen hat man sich viele Gedanken gemacht. Die Straßenforschungsgesellschaft hat im November 1950 ein bemerkenswertes Merkblatt für die Anordnung von Tankstellen an öffentlichen Straßen herausgebracht. Aber wie man mit den Kleinstverbrauchern, welche 1 1 Benzin mit 4% Schmieröl gemischt haben wollen •— und außerdem noch ein wenig Luft in ihre Reifen •— und gleichzeitig mit den Kapitänen riesiger Diesellastzüge auf der gleichen Tankstelle zurechtkommen soll, oder wie zweckmäßig eine Differenzierung stattzufinden hat, das dürften noch nicht voll gelöste Fragen sein. Die Entwicklung dürfte dahin gehen, daß man f ü r die Kleinstverbraucher (Lohmann, Viktoria usw.) passende Zweitaktergemische fertig gemischt vorrätig hält, so daß sie die Großkunden nicht unnötig aufhalten, und daß man den Lastkraftfahrern mit ihren Diesellastzügen nach Möglichkeit Raum gewährt, sich aufzubauen und mit ihren Bedürfnissen fertig zu werden, so daß dazwischen die VK-Tankstelle f ü r den PKW223

Verkehr liegt, an welche sich der Waschdienst, Abschmierdienst und sonstige Kundendienst anschließt. Hierbei spielt die Frage der Motorräder hinein, welche stets kleine Kunden sind, welche sich leicht gegenüber den größeren Kunden der PKWs vernachlässigt fühlen, andererseits schon durch die ölbeimischung der Zweitakter besondere Ansprüche zu stellen pflegen. Die neuen selbstmischenden und korrosionsschützenden Zweitakteröle dürften in dieser Hinsicht Erleichterung schalen. Aber Trennung mindestens von Vergaserfahrzeug und Diesel scheint sieh anzubahnen. Was die PKW-Tankstellen anlangt, so haben diese sich in den letzten Jahren zum Vollschlauch-System und zur Selbstrechnung entwickelt (US und Kienzle). Der Quittungsdrucker befriedigt noch nicht. Schiefe Fahrbahnen, welche Vollfüllen bei seitlicher Tankow, nung erschweren, dürften kaum mehr vorkommen, was nichts daran ändert, daß eine mittlere Tanköanung im verschließbaren Heckgepäckraum große Vorteile hat. Die Beleuchtung der Tankstellen ist entwickelt, so daß Blendung ausgeschlossen ist, während umgekehrt farbige Bahnen und Leitlinien bei Tag und Nacht richtiges Anfahren erleichtern. Die Feuersgefahr beim Tanken von OttokraftstofFen wird leider durch rauchende Kraftfahrer und Kraftfahrerinnen häufig nicht beachtet. Merkwürdig, daß so selten etwas passiert. Beim Betanken von Wagen, erst recht beim Füllen der Erdkessel aus Tankwagen wird kraftstoS dampfgesättigte Luft verdrängt, die f ü r sieh nur brennbar (weil zu fett), bei weiterer Verdünnung mit Luft aber explosiv ist. Zur Vermeidung von Folgen elektrischer Erregung (Funken) werden Tankwagen beim Abfüllen durch eine Kette geerdet. Dunlop stellt neuerdings elektrisch leitende Luftreifen her. Dieseltanksteüen geben neuerdings ihren KraftstofF auch nur mehr nach Litern ab. Flüssiggas-Tankstellen verkaufen nach Gewicht und wechseln die Flaschen aus. Methan-Tankstellen verkaufen nach Druck. Bei den Tankstellen entwickelt sich der Wasch- und Schmierdienst zunehmend. Neuzeitliche Anlagen dafür entstehen allerwärts. Zu bedenken ist, daß der wartende Kunde unterdessen irgendwie beschäftigt sein will oder werden muß. Die neuzeitlichen Anlagen sind raffiniert durchdacht, so daß z. B. Staubsaugen, Waschen und Abschmieren erfolgen, ohne daß der Wagen von seinem Heber oder der LKW von seiner Kampe heruntergeholt zu werden braucht. Für das Abnebeln gibt es Sprühpistolen, welche wenig Nebel bilden. Das Abschmieren und Ölabfüllen erfolgt immittelbar aus dem Originalfaß. Das Waschen erfolgt mit neuzeitlichen benetzenden und schäumenden Waschmitteln l ). Man achtet darauf, daß in allen diesen Anlagen gutes Licht und rutschfester Boden, Fehlen von Fallgruben usw. Betriebssicherheit gewährleistet. Aber man lernt sehr vieles dabei, was die Konstrukteure der Kraftwagen berücksichtigen könnten und sollten. Schon beim Wagenwaschen unterscheidet man solche Karossen, bei denen der Dreck kiloweise abfällt und die Außenhaut schwer verunreinigt ist, von den besseren, aktiv und passiv schmutzschlüpfigen Aufbauten. Beim Hochheben des Wagens findet man heraus, daß es Fahrzeuge mit schönem glatten Bauch und guten Ansatzstellen für die Heber gibt, aber auch andere. Beim Wagenwaschen erweist sich der Elektrotsil häufig als keineswegs unempfindlich gegen Spritzwasser, wohingegen die Zugänglichkeit der Batterien zum Nachfüllen von destilliertem Wasser und Säubern und Einfetten der Kabelkontakte, nur zu oft sehr zu wünschen übrig läßt. Kommt man gar auf den Ölmeßstab, die Ölfüllöffnungen, die Ölablaßschrauben, Ölsiebe und ölfilter und vor allem auf Schmiernippel zu sprechen, dann lernt man sehr viele Verbesserungsmöglichkeiten des Gebrauchswertes unserer Kraftfahrzeuge kennen. Es gibt wenig interessantere Flecken für einen Autokonstrukteur, dem am Gebrauchswert l

224

) W e l c h e keirm Wasserringe auf d e m Lack hinterlassen, (Rei, Priel u s w . ) .

seines Fahrzeuges liegt, als die Wasch- und Schmierplätze der Tankstellen. Allein Wassernüsse und darum versagende Bremsen sind doch eigentlich heute — unwürdig. Garagendienst hat sich bei den deutschen Tankstellen erst vereinzelt gezeigt. Festkraftstoffe kommen bei den heutigen deutschen Tankstellen nicht mehr vor.

Fahrzeugtanks

Der Tank ist eigentlich die Hauptsache am Kraftfahrzeug. Er enthält den Kraftstoff, den Energieträger. Das ganze Fahrzeug ist ja nichts als ein Gerät, um die chemische Energie des Kraftstoffs zur Vergrößerung der menschlichen Herrschaft in Zeit und Raum einzusetzen. Von solcher Hochachtung vor dem Fahrzeugtank merkt man häufig wenig. I m Gegenteil ist nur zu oft der Tank aus Blech in verzwicktesten Formen zusammengeklebt, so daß er mit Luftblasen, Korrosionen, Undichtigkeiten usw. Schwierigkeiten macht. Eingebrannte Innenlackierung ist besser als Verzinnung oder Verbleiung. Einfache Formen sind erwünscht. Mittlere, womöglich durch den Gepäckraumdeckel verschließbare Füllöflnungen sind zweckmäßig. Teilung des Tankbodens durch eine Mittelrippe zum Zwecke der Herstellung eines wirklich bequemen Reservebenzins mit einfachem Dreiweghahn ist vorteilhaft. Dichtungen in den Kraftstoffhähnen müssen wirklich kraftstoffest sein. Siebe in den Kraftstoffseihera sollten wirklich nicht mehr aus Messing hergestellt werden, weil sie irgendwann doch einmal aktivem Schwefel begegnen und dadurch pulverig zerbrechlich werden (V2A, Kunstharz, Glasfritten, Keramik usw. bieten sich neben Hele ShawFiltern an, wobei die segensreiche Wirkung der Schwerkraft zur Vorabscheidung von Wasser, Schmutz und in der Grenzfläche zwischen Wasser und Benzin und anderen Unsauberkeiten nicht übersehen werden sollte). Ebenso könnte man den Schlammsäcken in den Fahrzeugbehältern mehr Aufmerksamkeit schenken, als dies heute der FaJ] ist. Das Luftloch im Tankverschluß ist eine Angelegenheit, welche die Aufmerksamkeit des Konstrukteurs verdient 1 ). Schwallbleche im Tank sieht man nicht. Sie sind aber trotzdem sehr nützlich. Neuerdings kommt man dazu, Tanks nicht nur aus Blech, sondern auch aus anderen Werkstoffen, z. B. aus mit kraftstoffestem Buna gummierter Leinewand, herzustellen. Auch wenn solche Tanks nicht dicke plastische Schichten enthalten, welche sie f ü r Wehrmachtszwecke schußfest machen sollen, haben sie den großen Vorteil der Unempfindlichkeit gegen Verklemmungen. Angesichts der Ungenauigkeit der bis heute entwickelten Benzinstandmesser und des gelegentlichen Versagens der Reservebenzinhähne durch Verstopfung mit Schmutz führen viele Kraftfahrer einen Reservekanister mit sich. Es empfiehlt sich, den Inhalt des Reservekanisters so alle halben Jahre mit zu verbrauchen und zu erneuern. Bei schweren Dieselfahrzeugen findet man häufig große Reservetanks und ein entsprechend kompliziertes Rohrleitungsnetz zum Anschalten der verschiedenen Tanks. Wichtig ist dabei, daß das Eintreten von Luft in das Rohrleitungsnetz verhindert wird, um das gelegentlich lästige „ E n t l ü f t e n " zu vermeiden. Förderpumpe Bei hinten hegenden Tanks muß der Kraftstoff durch eine Förderpumpe dem Vergaser oder der Hochdruckpumpe zugedrückt werden. Diese Förderpumpen sind als Membranpumpen hoch entwickelt. Mit dem Werkstofi der Membrane hat es Schwierigkeiten gegeben, die heute vollkommen überwunden sein dürften. (Reservemembran trotzdem zu empfehlen!) ') U . a . Sicherheit gegen V e r s t o p f u n g durch Dreck oder Bosheit — Wasserdichth e i t — , Schutz gegen Spritzverluste von Kraftstoff usw. (Auch k ü h l e A n o r d n u n g des T a n k s ist bei Leichtkraftstoffen z u r V e r m e i d u n g von V e r d a m p f u n g s v e r l u s t e n wichtig.) 15

A T H I , 17. Aufl.

225

Außer mechanischem Antrieb vom Motor her f ü r Förderpumpen findet man auch gelegentlieh elektrischen Antrieb von Förderpumpen; das hat den Vorteil, daß man hinsichtlich der Anordnung der Förderpumpe vollkommen frei ist. Bei der Verlegung der Saugleitungen von Förderpumpen sind Luftsäcke zu bedenken bzw. zu vermeiden. Dieselpumpen und -diisen Die Hochdruck-Dieselpumpen und zugehörigen Einspritzdüsen sind hochentwickelte Spitzenerzeugnisse der Feinmechanik. Errechnet man die winzigen Mengen an Kraftstoff, welche genau gezeitet unter Drucken von 100 atü und darüber fein vernebelt werden müssen, und zwar so, daß der Nebel die hochverdichtete Luft im Brennraum möglichst erschöpfend durchstreicht, dann wundert man sich darüber, daß diese Geräte so erstaunlich betriebssicher sind. Vom KraftstofFstandpunkte aus ist zu ihnen auf ihre große Empfindlichkeit gegen feste Verunreinigungen hinzuweisen. Schutz dagegen bilden die hochentwickelten Feinfilter, deren Wartung bzw. Erneuerung geradezu ausschlaggebend f ü r Betriebssicherheit und Lebensdauer der Motoren ist. Bei unbefriedigender Kältefestigkeit von Kraftstoffen pflegt zu allererst eine Verstopfung des Feinfilters mit abgeschiedenem Paraffin einzutreten. In solchen Fällen hilft künstliches Anwärmen des Feinfilters oder aber Einfüllen von Petroleum in das Feinfilter.

Filter und Explosionsschutz In der Jugendzeit der Tankstellen war man behördlicherseits und privaterseits sehr ängstlich wegen der Feuersgefahr, so daß ein von Martini & Hünecke entwickeltes System von durch Schutzgas in Doppelleitungen geschützten Tankstellen sich durchsetzte. Heute hat sich international die einfache Tankstelle durchgesetzt, welche nicht einmal mehr „Kiestöpfe" als Sicherungen enthält. Die Praxis hat gezeigt, daß die Sorge um die Feuersgefahr übertrieben gewesen ist, obwohl schärfere Beachtung des Rauchverbotes an Tankstellen und sonstige Vorsicht durchaus am Platze sein dürften. Die Kraftstoffe werden in ungemein reinem, wasserfreiem und schmutzfreiem Zustande von den Tankautos an die Tankstellenkessel abgeliefert, wobei runde Transportmengen, Peilstab und am Tankwagen befindliche Uhr die Messungsgrundlagen liefern. Als Sicherheit sind häufig noch Vielfachsiebe (Faudi) eingeschaltet. In den Kraftfahrzeugen selbst ist die Seiherund Filterfrage eine Angelegenheit für sich, welche weiterer Entwicklung bedarf. Ganz besonders empfindlich auf die feinsten Verunreinigungen sind bekanntlich die Dieselmotoren. Einige angelsächsische Raummaße USA 1 barrel (Petroleumfafl) 158,76 1 1 = 4 1 = + 1 = 2 1 = 4

US-bushel US-pecks = 35,2+ 1 US-gallon US-liqu. q u a r t s 3,7851 US-liqu. q u a r t = US-liqu. pints . = 0,9+6+ 1 US-liqu. p i n t = US-gill = 0,+732 1

1 Kubikfuü 1 Kubikyard 1 Registertonne

= 28,32 1 = 0,76+5 cbrn = 2 , 8 3 1 6 cbm

1 = 8 1 = + 1 = + 1 = 2 1 —+

Imp. Imp. Imp. Imp. Imp. Imp. Imp. Imp. Imp. Imp.

1 Liter 1 cbra

1 BTU/lb = 0,556 Kcal/kg

226

Engl and quarter bushels = 290,791 bushel pecks 36,37 1 gallon quarts = +,546 1 quart. pints 1,1.36+ 1 pint 0,5682 1 gills = 0,0353 K u b i k f u ß = 1,30786 Kubikyard = 0,3532 R e g i s t e r t o n n e

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